In Science illustrée N°11 - novembre 1992

Nul doute que la potion magique d'ASTÉRIX était de la cervoise tiède. L'étymologie même du mot explique la puissance de notre irréductible gaulois. Le mot cervoise juxtapose Cérès la déesse des moissons et la racine latine vis signifiant force. Pourtant cette cervoise tiède ne devait pas être très fameuse. Ce jus d'orge douceâtre était alors relevé par toute une série d'herbes aromatiques telles que coriandre, hysope, romarin, gingembre, genévrier,…

Au Moyen Age, la fabrication de la bière est toujours une tâche domestique et dans toute l'Europe, les moines apprennent à la fabriquer et à la boire… en respectant la hiérarchie. La prima melior étant réservée au supérieur, la secunda aux moines, la tertia aux moinillons, quant à la bière du pèlerin elle avait comme avantage de ne pas être de l'eau donc de présenter une garantie hygiénique permettant aux moines de conserver leur clientèle en bonne santé. La croix des brasseurs ou étoile des brasseurs ressemble à l'étoile de David mais il n'y a aucune relation avec le judaïsme. Deux interprétations sont couramment admises. Au Moyen Age, l'observation remplaçait les connaissances. La biochimie et la microbiologie étaient inconnues, aussi les réussites ou les échecs étaient imputées à des forces occultes. Cette croix des brasseurs pouvait dont être assimilée à une amulette porte-bonheur. L'explication alchimiste permet de combiner le ciel et la terre certes, mais aussi les 4 éléments, l'air, la terre, l'eau, le feu, permettant d'interpréter la germination de grain, le brassage, la fermentation.

        
Moine brasseur. La plus ancienne représentation d'une salle à brasser.
Traduction de l'inscription au haut de la gravure : "Le 46ème frère qui y mourut s'appelait Herttel, brasseur ".
Dessin de la chronique de Mendel, de Nuremberg, 1397. (Bibliothèque de la Ville de Nuremberg)

Alchimie

air + eau = germination
eau + chaleur = saccharification
chaleur + air = fermentation

Dans certaines villes, les évêques possédaient le "droit de Gruyt", droit sur le mélange d'épices aromatiques servant pour la bière. C'était un monopole lucratif et un secret jalousement gardé. Les brasseurs pouvaient fabriquer la bière sans problème, mais ils devaient acheter au moulin une certaine quantité de "gruyt" par sac de malt. Vous imaginez les problèmes qui se sont soulevés quand ce monopole a été contesté par les corporations des brasseurs ou les gouvernements y voyant une source de revenus.

C'est au XI° siècle qu'à la suite de Sainte Hildegarde de Bingen que le houblon ('Humulus lupulus) ; la vigne du nord prend peu à peu la place des herbes aromatiques. La cervoise devient alors bière. Le mot apparaît en France pour la première fois officiellement en 1489 dans un édit du roi CHARLES VIII pour tout simplement… inventer un nouvel impôt. La bière c'est de l'eau, des frais généraux, des taxes dira plus tard le créateur des brasseries Saint Nicolas et de Vézelise A. MOREAU.

Parallèlement aux monastères, l'artisanat brassicole se développe au cours des âges, les recettes et tours de mains se transmettent de père en fils. Pourtant pour maîtriser les mystères du brassage et les sortilèges de la fermentation, on s'entoure de précautions basées sur l'observation et sur certaines croyances. Les sommités scientifiques alchimistes donnent la formule : la biologie moléculaire d'alors repose sur les éléments : l'eau, l'air, le feu sachant que la terre a fourni le grain ; l'eau et l'air permettent la germination, l'eau et le feu le brassage, le feu et l'air la fermentation.

Là encore à l'échelle de l'histoire millénaire la maîtrise de l'outil microbien est toute récente. Au XIX° siècle deux théories s'affrontent pour expliquer la fermentation. Une théorie chimique est défendue par les tenants de la chimie organique, les allemands Justin Von LIEBIG (1803-1873) Friedrich WOELHER (1800-1882). Il faut brasser les mois d'hiver pour bénéficier du froid ; la bière de mars est réputée, elle est fabriquée à l'aide des nouvelles récoltes d'orge de septembre et de houblon d'octobre, la froidure de l'hiver a permis une fermentation mieux maîtrisée. Ce n'est qu'à la fin du XIX° siècle que deux découvertes viendront révolutionner les saisons et les pratiques. Ferdinand CARRE invente le froid artificiel en 1857 et le brasseur VELTEN installe le premier des groupes frigorifiques à Marseille. A signaler le rôle d'ingénieur conseil joué par PASTEUR. Patriote il engageait ses recherches pour résoudre des problèmes industriels comme l'illustrent ses travaux avec les distillateurs Lillois, ou les producteurs de vers à soie des Cévennes. Internationalement connu, la brasserie Whitebread à Londres exhibe fièrement le microscope qui a vu l'œil de PASTEUR qui définitivement clôturera la polémique par la publication en 1876 de son fameux "Traité sur la bière, ses maladies, causes qui les provoquent, procédé pour la rendre inaltérable avec une théorie nouvelle de la fermentation".. Enfin, pour les bons élèves, signalons ses collaborateurs danois JACOBSEN et HANSEN. Le premier a acheté une brasserie sur un tertre (berg) à Copenhague et a eu un fils Carl, aussi a-t-il fondé une brasserie prestigieuse ; la brasserie CARLSBERG. HANSEN quant à lui a introduit la notion de levure de culture pure reprise par tous les brasseurs du monde. A partir d'une seule cellule, isolée méticuleusement au laboratoire, des techniques aseptiques permettent l'obtention d'un levain. Des "levurothèques" proposent aux brasseurs toute une collection de souches levuriennes. La diversité génétique permet de disposer d'une gamme quasi infinie de propriétés technologiques, aromatiques de levure. Questions vocabulaire les microbiologistes hommes de grande rigueur parlent de l'espèce Saccharomyces cervisiae (ce qui signifie littéralement champignon de la bière qui utilise du sucre). On peut trouver aussi les terminologies de Saccharomyces uvarum ou les anciennes références de Saccharomyces cerevisiae pour définir les levures de fermentation haute qui travaillent à température supérieure à 15°C et les Saccharomyces carlsbergensis pour qualifier les levures de fermentation basse qui travaillent à basse température inférieure à 10°C.

Les connaissances scientifiques s'accélèrent, la bière Pils produite à PILSEN, en Tchéquie s'affirme comme délicieuse, elle s'accomode d'un houblonnage intense car l'eau du quadrilatère de Bohème est peu chargée en sels minéraux, à Munich la bière brune y est excellente en raison de l'eau calcaire de Bavière. En 1945, à l'initiative d'un Alsacien Philippe KREISS est créée l'European Brewery Convention qui réunit les chercheurs européens, les américains se rassemblent eux à l'ASBC (American Society of Brewing Chemists). Les échanges sont à l'échelle mondiale, les analyses sont standardisées au niveau du monde entier. La bière produite à 1,3 milliard d'hectolitres par an est la 3ème boisson mondiale après le thé et le café.

FABRICATION DE LA BIERE

L'orge possède une enveloppe qui sert de filtre naturel lors de la première étape du brassage, qui consiste à extraire les sucres naturels du malt.
L'orge renferme le taux de sucres fermentables le plus élévé et permet d'obtenir une bière au goût plus pur. Pour 1 litre de bière, 200 à 300g de malt sont nécessaire.

L'eau est omniprésente à tous les stades de la fabrication de la bière. Humidifiant les grains d'orge, qui deviendront le malt, indispensable au brassage proprement dit, elle est utilisé pour l'entretien et le nettoyage des différentes cuves.
La qualité de l'eau de brassage est essentielle pour la clarté et le goût de la bière. Elle encourage le malt et le houblon à libérer leurs sucres, arômes et parfums, et stimule la levure afin qu'elle transforme les sucres en alcool. La pureté de l'eau destinée au brassage permet de produire une bière débarrassée de toute infection, tandis que sa dureté ou sa douceur aideront à déterminer le goût en bouche de la bière finie.La composition chimique de l'eau, sels minéraux, sulfate et bicarbonate de calcium, sulfate de magnésium, et le mode de brassage sont étroitement liés à tel ou tel type de bière.

Pour produire un litre de bière, la totalité des opérations va consommer entre 7 et 10 l d'eau.

Pendant des siècles, les brasseurs ne comprenaient pas grand-chose à la levure. Ils savaient seulement que s'ils conservaient la mousse d'un premier brassin, elle transformerait comme par magie le liquide sucré en bière.

Réactions chimiques

Dans le cas de la fabrication de la bière, la fermentation est dite éthylique (ou alcoolique) car la réaction dégage de l'éthanol :

C6
H
12
O6 + 2 
ADP
 + 2 Pi
 ---> 2 
C2
H5
O
H + 2 
C
O2 + 2 
ATP
glucose                       éthanol

La fermentation éthylique

La fermentation alcoolique est réalisée par de nombreux organismes (bactéries, levures) vivant de manière permanente ou occasionnelle dans des milieux dépourvus d'oxygène. La propriété de certaines levures à transformer le sucre en éthanol est utilisée par l'homme dans la production de boissons alcoolisées et pour la fabrication du pain. Le meilleur milieu de température est à 35°C~40°C

 _{Agiter de temps en temps pour empêcher la sédimentation des levures et laisser le ballon se gonfler. En même temps, on verra apparaître une coloration verte dans le réactif de la cartouche indiquant la présence d'alcool.}

Pour caractériser le gaz une fois le ballon gonflé, imbiber un petit morceau de coton avec de l'alcool et le mettre de côté. Détacher le ballon de la cartouche en le maintenant fermé. Laisser le gaz s'échapper doucement du ballon dans un flacon vide (pot de yaourt par exemple). Enflammer le morceau de coton et le déposer alors immédiatement dans le flacon. On constatera que le coton s'éteint sur le champ trahissant ainsi la présence de dioxyde de carbone incompatible avec la combustion.

Mettre en évidence une enzyme

Toutes les réactions chimiques qui permettent le fonctionnement des êtres vivants sont catalysées par des protéines particulières, les enzymes. Comme toutes les cellules vivantes, les levures fabriquent de multiples enzymes. Les molécules du sucre alimentaire, dont le nom scientifique est saccharose, sont formées par l'assemblage de deux molécules de sucres plus simples, le glucose et le fructose. Les molécules de saccharose sont trop grosses pour traverser la membrane des Levures. En revanche, le glucose et le fructose peuvent passer à travers cette membrane et constituent l'aliment de base des levures. Néanmoins, les levures peuvent utiliser le saccharose (comme le montre la fermentation du sucre) car elles sécrètent dans leur milieu une enzyme appelée invertase (ou saccharase) qui a la propriété de briser les molécules de saccharose en leurs deux constituants, le glucose et le fructose qui peuvent dès lors pénétrer dans les cellules de levure. Pour mettre en évidence l'action de cette enzyme, il suffit de pouvoir détecter du glucose dans le milieu où se trouvent nos levures. En effet, nous n'avons mis qu'un seul sucre, le saccharose. Si nous trouvons du glucose dans le milieu, c'est que le saccharose aura été brisé en ses deux sous unités ce qui ne peut pas se faire spontanément mais qui se fait très facilement en présence de l'enzyme invertase et uniquement en présence de cette enzyme là. Pour détecter le glucose, nous ferons appel à des bandelettes réactives vendues en pharmacie qui permettent aux diabétiques de déceler le glucose dans leurs urines (bandelettes Clinistix, par exemple). On trempera la bandelette dans le liquide des levures après une demi-heure à une heure de fermentation. Si du glucose est présent on observera un changement de couleur de la bandelette confirmant ainsi la sécrétion de l'enzyme par la levure.

Types de fermentions

On retrouve trois grands types de fermentation: haute, basse et spontanée. En réalité, nous retrouvons surtout les hautes et les basses. La troisième est plutôt rare et n’est pratiquée que par quelques brasseries surtout en Belgique. Il existe des fermentations hybrides, la plus intéressante est sans aucun doute celle qui est pratiquée par les brasseurs flamands qui procèdent à une fermentation lactique en cuve de garde pour produire les brunes ou les rouges des Flandres.

Cette classification de la fermentation s'applique exclusivement à la fermentation principale, pendant laquelle les sucres sont transformés. La fermentation de garde sert à affiner la bière.

Nous retrouvons des levures qui se spécialisent dans l’un ou l’autre de ces types de fermentation:

Saccharomyces cerevisiae, de cerevesia, «cervoise». Haute fait référence à la température «plus élevée» de fermentation (comparée à fermentation basse, référant à une température froide). Elle se situe habituellement entre 18 et 22^{oC. Plusieurs auteurs utilisent le mot «ale», comme synonyme de fermentation haute, ce qui constitue une erreur géographico-historico impérialiste. Ale est néanmoins une famille de bière britannique de fermentation haute.}

En règle générale, les fermentations hautes donnent des bières aux flaveurs plus fruitées.

Saccharomyces uvarum, de «ovale», la forme de cette levure. Elle est aussi connue par son nom original carlsbergensis [de Carlsberg, la brasserie où elle fut observée pour la première fois]). La température de fermentation se produit entre 10 et 13oC. Plusieurs auteurs utilisent le mot «lager» comme synonyme de fermentation basse, en s'inspirant du mot allemand «lagern» signifiant «entreposer», caractéristique intrinsèque des bières de fermentation basse.

En règle générale, les fermentations basses donnent des bières plus douces et veloutées.

Les ferments de fermentation spontanée, brettanomyces bruxellensis, brettanomyces lambicus, saccharomyces pastorianus et tutti quanti sont déposés par l'ai ambiant sur le moût en train de refroidir (voir bac refroidisseur). La fermentation qui s'en suit est d'une grande complexité et s'échelonne sur plusieurs mois. La température de fermentation est semblable aux «hautes», soit entre 18 et 22oC. La majorité des auteurs utilisent le mot «lambic» comme synonyme de fermentation spontanée. À l'instar du mot «ale», lambic désigne ne famille de bière de la Belgique. Les fermentations spontanées d'ailleurs ne portent pas la terminologie «lambic».En règle générale, les fermentations spontanées donnent des bières aigres et minces.

Fermenteurs

Les fermenteurs représentent les bacs dans lesquels la fermentation principale prend place. Nous retrouvons trois principaux types de fermenteurs: les fermenteurs ouverts, les fermenteurs cylindro-conique et les tonneaux de bois.

Les fermenteurs ouverts offrent à la vue le spectacle de la mousse de fermentation et permettent ainsi au brasseur de constater qu'elle s'opère. À priori, tous les styles de bière peuvent faire appel aux fermenteurs ouverts. Le principal désavantage des cuves ouvertes est la nécessité de disposer également de cuves de garde pour que la bière s'affine lorsque la fermentation principale est complète.

La profondeur des cuves est importante. En règle générale, les fermentations basses qui font appels aux fermenteurs ouverts , le font dans des cuves peu profondes afin d'éviter que les arômes délicats ne soient aspirés par la trop grande trajectoire du gaz pendant la fermentation.

Fermenteur classique de la majorité des bières de fermentation spontanée. Les mousses de fermentation sont expulsées par la bonde. Il est néanmoins possible d'utiliser ce type de récipient pour tous les autres types de fermentation. Le système des unions de Burton utilise des tonneaux de chêne. La micro brasserie La Barberie de Québec utilise également des tonneaux de whisky recyclés.

De développement relativement récent, ces fermenteurs assurent la double fonction de permettre la fermentation principale et la fermentation de garde dans la même cuve. Le rétrécissement «conique» du bas permet de retirer la levure après la fermentation principale. Par sa forme et sa conception, ils permettent au brasseur d'exercer un contrôle d'une grande précision sur les variations de température pendant toute la durée de la fermentation. Ils assurent également un milieu protégé de l'air ambiant.

La majorité des nouvelles brasseries optent d'entrée de jeu pour ce type de fermenteur, peu importe leurs spécialisations.

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