Nucléation, ascension et éclatement d'une bulle de champagne

L'objectif general de ce travail consacre a l'etude des processus physicochimiques lies a l'effervescence des vins de Champagne etait de decortiquer les differentes etapes de la vie d'une bulle de champagne en conditions reelles de consommation, dans une flute. Nous resumons ci-apres les principaux resultats obtenus pour chacune des etapes de la vie de la bulle, depuis sa naissance sur les parois d'une flute, jusqu'a son eclatement en surface.
 Nucleation 
A l'aide d'une camera rapide munie d'un objectif de microscope, nous avons pu mettre a mal une idee largement repandue. Ce ne sont pas les anfractuosites de la surface du verre ou de la flute qui sont responsable de la nucleation heterogene des bulles, mais des particules adsorbees sur les parois du verre ou de la flute. Dans la majorite des cas, il s'agit de fibres de cellulose creuses dont les proprietes geometriques permettent le piegeage d'une poche d'air en leur sein au moment du versement. Un modele de piegeage a ete construit et met en avant le role fondamental joue par la vitesse du versement. Plus cette vitesse augmente, plus on augmente la probabilite de pieger des poches d'air au sein de ces fibres, provoquant ainsi une effervescence plus importante.
La dynamique de production des bulles a egalement ete filmee in situ a l'aide de la camera, puis modelisee en utilisant les equations de la diffusion adaptees a la geometrie de notre fibre supposee approximativement cylindrique. Nous avons montre que le temps caracteristique de production d'une bulle par la fibre est largement gouverne par la croissance de cette petite poche de gaz par diffusion du CO 2 dissous vers la poche. Nous avons demontre que la convection du liquide joue un role essentiel lors du transfert de masse du CO 2 dissous vers la poche. En effet, un modele purement diffusif ne permet pas du tout de reproduire la dynamique de croissance experimentale de ces poches de gaz piegees au cœur des fibres.
Nous avons egalement pu mettre en evidence des changements spectaculaires dans la dynamique de bullage de certains sites de nucleation suivis au cours du temps pendant le processus de degazage. Ces observations font de la fibre de cellulose immergee dans le champagne le plus petit systeme de bullage non-lineaire observe a ce jour.
 Dynamique ascensionnelle 
Pour mesurer la vitesse d'une bulle tout au long de son trajet vers la surface libre du champagne, nous avons tire profit de la production repetitive de bulles au niveau des sites de nucleation. Par la mise en place d'un dispositif experimental simple qui associe une lumiere stroboscopique et un appareil photographique muni de bagues macros, nous avons pu acceder a l'observation fine des trains de bulles ainsi qu'a la determination de la vitesse ascensionnelle des bulles. Les mesures experimentales du rayon et de la vitesse d'une bulle nous ont permis de determiner le coefficient de trainee d'une bulle montante qui constitue une mesure indirecte de son etat de surface en termes de mobilite interfaciale. Ces mesures nous ont montre que l'interface d'une bulle de champagne conserve une grande mobilite interfaciale pendant sa phase ascensionnelle, a la difference des bulles de taille fixe qui montent dans une solution de macromolecules tensioactives. C'est la faible dilution du champagne en macromolecules tensioactives et le grossissement continu des bulles pendant l'ascension qui assurent aux bulles une faible contamination de leur interface. Pour comparaison, nous avons realise le meme type de mesures sur des bulles de biere. Le contenu en macromolecules tensioactives etant beaucoup plus important dans une biere, l'effet de dilution du materiel tensioactif a la surface des bulles lie a l'accroissement de la surface des bulles ne compense plus l'adsorption massive des tensioactifs a la surface des bulles. Contrairement aux bulles du champagne, les bulles de biere adoptent vite un comportement de type sphere rigide.
Nous avons egalement discute l'influence relative de certains parametres sur la taille des bulles lorsqu'elles parviennent en surface. Il a notamment ete montre que le role theorique joue par la temperature du champagne sur la taille des bulles est quasiment negligeable.
Pour finir, nous avons propose d'essayer de faire du train de bulles une sorte d'empreinte digitale du liquide effervescent dans lequel il evolue en analysant la dynamique ascensionnelle des bulles via la mesure de leur coefficient de frottement. Nous avons pu differencier a ce jour par cette methode trois grandes familles de boissons gazeuses : les vins effervescents au sens large (champagne compris), les bieres et les eaux gazeuses.
 Eclatement 
En utilisant les techniques classiques de la macrophotographie, nous avons obtenu des instantanes de la situation qui suit immediatement la rupture du mince film liquide qui constitue la partie emergee d'une bulle isolee en surface. Nous avons ainsi pu mettre en evidence l'existence des jets de liquide engendres par les eclatements de bulle, et leur rupture en gouttelettes suite au developpement tres rapide de l'instabilite de Rayleigh-Plateau.
En faisant un parallele legitime entre le petillement des bulles a la surface du champagne et le “petillement de l'ocean”, nous avons emis l'idee que les gouttelettes de jet etaient beaucoup plus concentrees en materiel tensioactif (et potentiellement aromatique) que le cœur de phase du liquide. Il semble donc que l'eclatement de bulles joue un role essentiel dans l'effet exhausteur d'aromes au cours de la degustation d'un champagne.
Pendant les quelques secondes qui suivent le versement du champagne dans la flute, nous avons egalement realise des cliches macrophotographiques et des films a haute vitesse d'eclatements de bulles en monocouche (ou radeau de bulles). Les premiers resultats de ces observations font apparaitre des deformations spectaculaires dans le film liquide des bulles premieres voisines litteralement aspirees par succion capillaire dans la cavite laissee vacante par la bulle centrale en train d'eclater. Ces premieres images suggerent des contraintes, dans le mince film des bulles deformees, tres superieures a celles qui existent dans le sillage d'une bulle isolee qui eclate.
Nous avons egalement pu mettre en evidence des differences structurales entre les jets de liquide qui suivent l'eclatement des bulles isolees et celles qui eclatent dans un radeau de bulles.