L'eauIntroduction au traitement de l'eau de brassage

H2O mais pas seulement... Dure ? douce ? acide ?
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LeRetour
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Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par LeRetour »

Je vais essayer dans ce (long) message de démystifier le traitement de l'eau. Attention, tous les calculs et formules que je vais présenter ne sont que des approximations, mais ils permettent tout de même d'avoir une idée des ordres de grandeur.

Le traitement de l'eau est un sujet assez peu abordé. Il était jusqu'à il y a quelques années considéré comme "avancé", et réservé aux maîtres brasseurs (expression à la mode sur le forum en ce moment !) amateurs. Il n'est pourtant pas plus compliqué que les autres sujets habituellement traités.
À noter que je n'aborderai pas ici le traitement de l'eau dans le but de reproduire l'eau d'une ville ou d'une région, pour réaliser un clone aussi proche que possible d'une bière donnée.

La première chose à faire est de se poser la question de savoir s'il faut se préoccuper de son eau ou non. Si vous brassez à partir d'extraits, et à moins que vous ayez une eau non potable, il n'est pas nécessaire de vous en préoccuper. Pour les brasseurs tout-grain, j'aurais tendance à répondre que si vous êtes satisfaits de vos productions actuelles, ne changez rien. Il n'est en effet pas nécessaire de réparer quelque chose qui n'est pas cassé.

Mais alors pourquoi traiter son eau, et quand ? Il faut savoir que les brasseurs ne sont pas tous égaux : certains auront la chance d'avoir une eau adaptée à tous les types de bières. D'autres (comme moi), moins chanceux, ne pourront brasser qu'un spectre réduit.
Pour faire simple, disons que la couleur de la bière que vous voulez brasser et l'eau que vous utilisez sont intimement liées. Et c'est ce que je vais essayer de vous faire comprendre ici.

Je n'aborderai pas ici les minéraux qui confèrent certaines propriétés organoleptiques à l'eau, mais uniquement ceux qui ont une influence sur le pH du moût.
Si le pH a une influence sur la capacité des enzymes à travailler et à dégrader l'amidon (l'objectif étant d'avoir un pH compris entre 5,2 et 5,5 à température de conversion, soit 5,5 à 5,8 à température ambiante), celle-ci est plutôt mineure, température et durée étant des facteurs beaucoup plus importants. En revanche, le pH intervient dans l'extraction de composés non souhaités, comme les tanins issus du son (l'enveloppe) du malt. Un pH trop élevé se traduira par une amertume astringente et désagréable.

Examinons maintenant comment déterminer le pH théorique d'un moût à partir de l'eau utilisée.
Les trois paramètres à prendre en compte sont les concentrations en calcium (Ca[2+]), magnésium (Mg[2+]) et bicarbonates (HCO3[-]), les deux premiers participant à la diminution du pH du moût, le dernier ayant l'effet inverse. Les ions bicarbonates représentent l'alcalinité de l'eau, exprimée souvent en CaCO3.
Nous pouvons dès à présent calculer trois valeurs importantes, en mEq/L, unité que nous utiliserons pour nos calculs :
- calcium : Ca[2+] (en mEq/L) = Ca[2+] (en ppm ou mg/L) / 20 (le poids équivalents du calcium)
- magnésium : Mg[2+] (en mEq/L) = Mg[2+] (en ppm ou mg/L) / 12,15 (le poids équivalents du magnésium)
- alcalinité en CaCo3 : HCO3[-] (en mEq/L) = HCO3[-] (en ppm ou mg/L) / 61

Nous allons ici introduire le concept d'"alcalinité résiduelle", issu des travaux d'un scientifique brasseur allemand, Paul Kohlbach. Celui-ci a montré que les ions Ca[2+] et Mg[2+] permettaient de compenser l'influence des ions HCO3[-], à hauteur respectivement de 3,5 et 7. L'alcalinité résiduelle (AR ci-après) est alors définie comme l'alcalinité qui n'est pas compensée par les ions Ca[2+] et Mg[2+].
Elle se calcule comme suit :
AR (en mEq/L) = alcalinité en CaCO3 (en mEq/L) - (Ca[2+] (en mEq/L) / 3,5 + Mg[2+] (en mEq/L) / 7)

Prenons un exemple. Soit une eau avec les concentrations suivantes :
- Calcium = 80 mg/L
- Magnésium = 4 mg/L
- Bicarbonates = 200 mg/L

Nous obtenons alors :
- Ca[2+] = 4 mEq/L
- Mg[2+] = 0,33 mEq/L
- Alcalinité en CaCO3 = 3,28 mEq/L
- Alcalinité Résiduelle = 3,28 - (4/3,5 + 0,33/7) = 2,09 mEq/L

Il est possible, à partir de l'AR de déterminer la couleur des bières brassables sans traitement de l'eau. Il existe trois formules, que voici :
- Palmer (estimation basse) : couleur (en EBC) = 1,97 x (AR (en mEq/L) x 50 x 0,082 + 5,2)
- Palmer (estimation haute) : couleur (en EBC) = 1,97 x (AR (en mEq/L) x 50 + 122,4) / 12,2
- Tom : couleur (EBC) = 1,97 x (0,14 x RA (en mEq/L) x 50 + 5,23
Soit dans notre exemple, respectivement, 27 EBC, 37 EBC et 39 EBC.

Vous trouverez ci-dessous une table des couleurs (tirée de http://www.franklinbrew.org/brewinfo/srm.html) en unités SRM. Pour mémoire, il suffit de multiplier par deux pour obtenir la couleur en EBC (le coefficient multiplicateur exact est en fait 1,97, valeur que l'on retrouve dans les trois formules ci-dessus).
Image

Revenons au pH, et cherchons maintenant à déterminer le pH théorique qu'aurait un moût réalisé avec notre eau et un malt de base (type Pils ou Pale). Pour cela, il faut savoir que des études ont montré qu'un moût réalisé avec de l'eau distillée et uniquement du malt de base (type pils ou pale) avait un pH compris entre 5,7 et 5,8.
Le décalage de pH entre ce moût "témoin" et le moût réalisé avec une eau non distillée peut être calculé de la façon suivante :
- décalage de pH = AR (en mEq/L) x 0,084
soit avec les valeurs de notre exemple : 2,09 x 0,084 = 0,175 (arrondissons à 0,18 )
Donc, un moût réalisé avec notre eau et du malt de base aurait un pH (à température ambiante) de 5,75 + 0,18 = 5,93, soit bien au-dessus de la valeur souhaitée (entre 5,5 et 5,8 ).
Cela confirme ce que nous avaient donné les formules de détermination de la couleur : il ne nous est pas possible en l'état de brasser une bière blonde ou pale, le pH étant en dehors de la plage souhaitée.
Ce sont les malts "foncés", dont une des caractéristiques est l'acidité, qui permettent de faire baisser le pH, et de revenir entre 5,2 et 5,5.

Maintenant, que faire si on veut brasser une bière plus claire ? Il faut pour cela diminuer l'alcalinité résiduelle, ce qui peut se faire de deux manières : en augmentant la teneur en ions Ca[2+] ou Mg[2+], ou en ajoutant de l'acide, pour diminuer la concentration en HCO3[-].

L'ajout d'ions Ca[2+] se fait généralement en ajoutant du sulfate de calcium (CaSO4) ou du chlorure de calcium (CaCl2).
Le problème de ce type d'ajout est que les concentrations en sulfate (SO4[2-]) ou en chlorure (Cl[-]) augmentent, ce qui peut devenir problématique si l'eau utilisée est déjà riche en ions sulfates ou chlorures.
À noter qu'il est également possible de diminuer l'alcalinité résiduelle en augmentant la teneur en Mg[2+] avec du sulfate de magnésium (MgSO4), mais il faut en ajouter plus que du CaSO4 pour obtenir le même effet, entraînant ainsi une hausse encore plus importante des ions sulfates.

Examinons plutôt l'ajout d'acide. Il nous faut tout d'abord déterminer la quantité d'alcalinité résiduelle à neutraliser.
Calculons déjà, par exemple pour une couleur de 12 EBC, l'alcalinité résiduelle adéquate :
- Palmer (estimation basse) : AR (en mEq/L) = (couleur (EBC) / 1,97 - 5,2) / 50 / 0,082
- Palmer (estimation haute) : AR (en mEq/L) = (couleur (EBC) / 1,97 x 12,2 - 122,4) / 50
- Tom : AR (en mEq/L) = (couleur (EBC) / 1,97 - 5,23 ) / 0,14 / 50
soit dans l'ordre 0,21 mEq/L, -0,96 mEq/L et 0,12 mEq/L. Prenons pour simplifier la valeur 0,09 mEq/L.
L'AR de notre eau étant 2,09 mEq/L, il nous faut donc neutraliser 2,09 - 0,09 = 2 mEq/L.

Les deux acides les plus utilisés par les brasseurs amateurs sont l'acide lactique et l'acide chlorhydrique.
Un mL d'acide lactique, à une concentration de 80 %, neutralise 10,7 mEq.
Un mL d'acide chlorhydrique, à une concentration de 37 %, neutralise 15 mEq.

Considérons que nous voulions neutraliser ces 2 mEq/L pour une vingtaine de litres d'eau. Il nous faut donc neutraliser 2 x 20 = 40 mEq. Avec de l'acide lactique à 80 %, il nous faudrait donc : 40 / 10,7 = 3,7 mL d'acide lactique.

Voilà, j'ai été un peu long, mais j'espère que vous y voyez maintenant un peu plus clair.
Tout sur les Corny-kegs, et plus encore : http://delloye.free.fr/Brassage/
marti
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par marti »

cool !

merci pour ce post très utile !
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Cede
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par Cede »

C'est bien tout ça :o)
Au moins c'est clair et précis.

Il va falloir que je fasse analyser l'eau d'ici.
Elle est potable, mais je ne l'aime pas vu la couleur et le goût de ferraille.
Il faut dire que dans la région, il y a pas mal de fer et autre substances laissées par une comète il y a quelques millions d'années.
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par olivierpicard »

Merci pour ce post fondamental tout à fait clair et précis permettant d'évaluer la qualité de son eau pour le brassage et d'apporter les corrections nécessaires ! :thumright:

Et ça tombe bien car je voulais justement évaluer l'eau du village de ma future brasserie, pour ne plus utiliser de l'eau en bouteilles...

LeRetour, tu as drôlement bien fait de revenir ! :D
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par xavier 07 »

Bon boulot encore une fois!
Je vais m'y plonger serieusement dessus cette semaine (resultat d'analyse) et voir si ceci explique cela et je vous en donne les résultats!
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par belix »

Salut,

Encore un fois encore c'est redoutable de clarte et de conscision :thumleft: merci bcp Olivier.

J'aimerais profite de ce post pour reposter une traduction que j'avais faite du site de palmer sur ce sujet. Ca permet d'avoir des exemples de ce que nous a resume Olivier et permettront a certain de tester le formule.


Chapitre 15 - Comprendre l'influence du pH sur le brassage
15.2 Équilibrage des malts et des minéraux
Si vous brassez en n'utilisant que du malt blond de base avec de l'eau distillée, vous obtiendrez habituellement une maishe avec un pH entre 5.7-5.8. (Rappelez-vous, que la plage idéale est un pH de 5.1-5.5). L'adjonction de malts spéciaux à l'acidité naturelle (par exemple le caramel, chocolat, ou noir) va avoir un effet important sur le pH de la maishe. Ainsi l'utilisation d'un malt cristal foncé ou grillé, à hauteur de 20% du grain, réduira souvent le pH d'une demi-unité (.5 pH). En utilisant de l'eau distillée et 100% de malt caramel on obtiendra normalement une maishe avec un pH de 4.5-4.8, avec du malt chocolat un ph de 4.3-4.5, et avec du malt noir un pH de 4.0-4.2. De son coté la composition de l'eau va elle influencer ou compenser l'effet que pourrait avoir ces malts spéciaux sur le pH de la maishe. La meilleure manière d'expliquer le phénomène est de décrire deux des bières les plus célèbres au monde et leurs eaux de brassage.

La région de Pilsen en République Tchèque est le berceau de la bière de type Pilsener. La Pils est une bière blonde allemande dorée, sèche et limpide avec un goût de houblon particulier. L'eau de Pilsen est très douce, exempte de la plupart des sels minéraux et très pauvre en bicarbonates. Les brasseurs avaient pris l'habitude d'utiliser un acidifiant pour réduire le pH de la maishe, à base uniquement de malts blond de pilsen, à 5.1 - 5.5.

Tableau 14 - Influence de l’eau de brassage
City Ca+2 Mg+2 HCO3-1 Cl-1 Na+1 SO4-2
Pilsen 10 3 3 4.3 4 -
Dublin 119 4 319 19 12 53

Extrait du « Ameriacan Handy Book », 2:790, Wahl-Henius, 1902

L'autre bière à considérer est la Guinness, la célèbre bière Irlandaise. L'eau d'Irlande est riche en bicarbonates (HCO3-1), et a une quantité considérable de calcium mais pas suffisament pour équilibrer le bicarbonate. Ceci a comme conséquence une eau dure et alkaline avec une forte capacité de dosage. L'alcalinité élevée de l'eau rend difficile la production de bière blondes sans une amertume prononcée. En effet l'eau utilisée ne permet pas au pH de la maishe a base de malt, de baisser suffisamment pour atteindre la plage cible de ph de 5 - 5.8. Ce pH élevé induisant l'extraction élevé de composés phénoliques et de tanins amers provenant de l’enveloppe du grain. Un pH inférieur, (5.2-5.5) optimal pour une maishe, empêche normalement l’apparition de ces composés dans le produit final. Mais alors comment cette région du monde peut-elle être renommée pour produire les bières foncées exceptionnelles? La raison est en fait le malt foncé lui-même. En effet les malts noirs utilisés, fortement grillés, conduisaient naturellement Guinness à augmenter l'acidité de la maishe. L'acidité de ces malts neutralisant le pH élevé de l'eau, le pH de la maishe s’abaisse naturellement pour atteindre la plage de pH optimale.

Ainsi une bonne bière foncée ne pourrait pas être brassée dans la région de Pilsen, et des bonnes bières blondes légères allemandes dans la région de Dublin sans l'adjonction rigoureuse de sels minéraux appropries.
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par Admin »

un grand merci à Olivier. puisse ceci servir d'exemple ;)
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par belix »

Je pense que nous voila tous convaincu de l'importance du pH pour les brassage tout grains.

Ceci m'amene a deux questions ou nouveau sujet je ne sais pas ce qu est le mieux.

1) Il semble vu la precision du pH dont nous parlons qu'un pH metre soit recommandable. Mais maintenant comment choisir un bon pH metre (y en a plein a tous les prix) alors quels sont les criteres pour choisir et entretenir un pH metre.

2) Il est clair que par rapport a la biere que l'on veut faire il faudra ajuste le pH avec des additifs, l'acide lactique, chlorhydrique. Le probleme c'est que c'est acide doivent avoir une influence organoleptique, quel type d'additif pour quelles types qqun a t il des pistes des trucs a lire ..

Merci d'avance
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par Jean-Luc »

Merci Olivier pour cet article complet et intelligible.

Une seule remarque :
LeRetour a écrit :Il est possible, à partir de l'AR de déterminer la couleur des bières brassables sans traitement de l'eau.
Ne penses tu pas qu'il serait plus juste de parler d'influence de l'AR sur la couleur des bières afin de ne pas induire de fausses interprétations ?
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Re: Introduction au traitement de l'eau de brassage

Message par Jean-Luc »

belix a écrit :Je pense que nous voila tous convaincu de l'importance du pH pour les brassage tout grains.

Ceci m'amene a deux questions ou nouveau sujet je ne sais pas ce qu est le mieux.

1) Il semble vu la precision du pH dont nous parlons qu'un pH metre soit recommandable. Mais maintenant comment choisir un bon pH metre (y en a plein a tous les prix) alors quels sont les criteres pour choisir et entretenir un pH metre.

2) Il est clair que par rapport a la biere que l'on veut faire il faudra ajuste le pH avec des additifs, l'acide lactique, chlorhydrique. Le probleme c'est que c'est acide doivent avoir une influence organoleptique, quel type d'additif pour quelles types qqun a t il des pistes des trucs a lire ..

Merci d'avance
En dehors du phmetre il existe aussi les bandelettes qui présentent l'avantage sinon de l'ultime précision de dispenser de tout entretien.

En plus de ne pas etre cheres.

Ceci dit, tu remarqueras que jamais Olivier LeRetour ne parle de mesure du pH mais bien de calcul de l'AR.

Après bien sur soit tu fais confiance à ces formules, soit tu vérifies par toi meme ensuite...
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Saint Turnin
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