Un peu de chimie ⇒ Effet de l'ébullition / Mesure kit API aquarium

[Epidemaiis]

J’ai probablement une solution plutôt bon marché pour ceux qui veulent :

• Contrôler le Calcium et Bicarbonates/Hydrogénocarbonates régulièrement (en plus des analyses de l’eau sur site internet du ministère de l’environnement).
• Evaluer les pertes en Calcium (pour compléter) ou Bicarbonates lors d’une pré-ébullition afin de diminuer la dureté temporaire de l’eau.

Cela s’appuie sur le kit pour aquariophilie API, GH & KH Test Kit trouvable sur Amazon pour environ 11€ (pour 20 à 50 tests). J’ai déjà parlé de ce kit dans deux postes.
Kit API GH&KH


Il y a d’autres kits disponibles, tout aussi intéressants, comme la marque Salifert (kit alkalinity + kit calcium + magnésium), il faut toutefois faire attention à la plage de mesure (généralement moins valable pour les eaux très dures).

Ce kit fournit deux flacons avec indicateur coloré pour :

• Evaluer la General Hardness (GH) = Dureté totale = concentration en ions Ca2+ (calcium) + Mg2+ (magnésium) exprimé en ppm de CaCO3.
• Evaluer la Carbonate Hardness (KH) = Alkalinité = concentration en ions HCO3- (bicarbonates) exprimé en ppm équivalent de CaCO3 aussi.

Le nombre de goutte donne la dureté (totale ou carbonate) en degré Allemand. Il suffit de multiplier par 17,8 pour avoir en ppm équivalent de CaCO3 (selon la notice du kit).
Après selon Water de J. Palmer et C. Kaminski, p.52 à 55 :

• GH(ppm) = (Ca2+(ppm)/20 + Mg2+(ppm)/12,1) x 50
• KH(ppm) = (HCO3-(ppm)/61) x 50

Les 50 viennent du passage de meq/l au ppm de CaCO3 (définition).
Le 20, 12.1, 61 selon les ions viennent de la masse molaire divisée par le nombre de liaison que l’ion peut créer (1 liaison ou 2 = valence).
Dans l’idéal, il faudrait un kit magnésium en plus car il y a bien 2 inconnues une fois mesuré le GH ou dureté totale. Toutefois, comme le magnésium est en faible quantité, j’utilise les données du ministère de l’environnement pour cette valeur et obtenir le calcium (qui lui va plus bouger pendant l’ébullition). Donc selon le dernier relevé fin 2017 : Ca2+ = 100,2 mg/l et Mg2+ = 14,6 mg/l et HCO3- = 284 mg/l.

Voici les résultats à Andrésy (de mon lieu d’habitation, cad pas là ou je brasse) :

• GH : 22 gouttes = 22 dH = 22x17.8 = 391,6 en ppm de CaCO3
• KH : 14 gouttes = 14 dH = 14x17.8 = 249,2 ppm CaCO3 = alkalinité

D’après le kit une eau bien pourrie pour les poissons (ça explique la surmortalité le temps où j’avais un poisson rouge régulièrement remplacé par mes parents). De ce fait bien pourrie pour la bière aussi (d’où le fait que je brasse ailleurs).
Pour exprimer ces résultats en mg/l ou ppm d’ions :

• Calcium = ((GH/50) – (Mg2+/12,1)) x 20 = (391,6/50 - 14,6/12,1) x 20 = 132,5 mg/l
• Hydrogénocarbonate = (KH/50) x 61 = 249,2/50 x 61 = 304,0 mg/l

On est quand même assez proches des données du ministère de l’environnement, donc ça à l’air plutôt fiable ce petit kit, parfait pour évaluer la perte des minéraux à l’ébullition.

A l’ébullition :
(Ca2+) + (2HCO3-) <> CaCO3 + CO2 + H2O
Donc 40mg de calcium réagit avec 124mg de hydrogénocarbonate.
Dans le cas présent (de ma ville) le HCO3- est limitant, si la réaction est totale, il devrait rester :

• HCO3- : 0 mg/l
• Ca2+ : 34,5 mg/l

Bien évidemment entre pratique et théorie, il y a un gap.
Après 20min d’ébullition une eau déjà meilleure et adaptée pour les brune et noires :

• HCO3- : 130,3 mg/l
• Ca2+ : 89,8 mg/l

Après 20+20min d’ébullition :

• HCO3- : 65,2 mg/l
• Ca2+ : 82,7 mg/l

D’après la stœchiométrie, il devrait y avoir moins de Ca2+ que mesuré, environ 55,5 mg/l.
Je suppose que cela reste assez imprécis et qu’il y a d’autres phénomènes en jeu (évaporation, solubilité des autres minéraux, prélèvement etc…).
On a là un ordre de grandeur pour le Ca2+ qui va permettre éventuellement de rajouter du chlorure calcique. On voit également que le HCO3- est dans une plage beaucoup plus acceptable pour brasser.

Le top serait également de trouver un kit précis pour les chlorures et sulfates (mais jusqu'à maintenant j'ai rien vu d'abordable).

Liens utiles :
Des explications sur ce kit bien plus détaillées avec un calculateur Excel (toutefois le Mg2+ reste une grosse approximation) : Braukaiser
Site du gouvernement pour la qualité de l'eau potable :
Qualité de l'eau potable

[mikocyco]

Merci pour tes explications !
Vu le prix du kit, je crois que je vais tester mon eau (même si je ne la fait pas préalablement bouillir).

[efdé]

Top la présentation, merci.
Par contre j'ai du mal à comprendre l'interet de faire bouillir l'eau puis rajouter du calcium, au lieu de simplement ajouter de l'acide lactique pour neutraliser le HCO3- et donc corriger le pH.

[Epidemaiis]

On fait bouillir pour enlever les bicarbonates, pas le calcium qui est essentiel au brassage. Toutefois comme les HCO3- doivent se combiner aux Ca2+, il se peut qu’il en manque après ébullition.
Certains rajoutent même du calcium avant la pré-ébullition car il en manque de base.

Les bicarbonates en excès dans une bière claire vont donner de mauvais goûts.
En excès ils vont aussi tamponner la bière et empêcher la conversion enzymatique.
Donc on peut mettre de l’acide lactique qui va neutraliser le HCO3- (HCO3- + HA -> CO2 + H2O + A-). Toutefois a des niveaux trop élevés ça donne aussi des faux goûts (200 ppm max d’acide lactique il me semble ce qui est vite limitant).

Dans l’exemple que je donne, on est clairement dans un cas défavorable niveau bicarbonates et la quantité d’acide serait trop élevée. Donc dans tous les cas des faux goûts sur les bières les plus claires.

Edit : j’ai modifié 2-3 propos concernant le seuil de détection de l’acide lactique et le fait qu’il ne doit pas rester beaucoup de HCO3- au pH de l’empâtage normal.

[Noar78]

Merci d'avoir expliqué ça !

[Epidemaiis]

Merci pour tes explications !
Vu le prix du kit, je crois que je vais tester mon eau (même si je ne la fait pas préalablement bouillir).

Tu acidifies ton eau ?
Car autrement tout est parfait dans tes bières (de ce que j’en ai goûté), alors la pré-ebullition est probablement inutile...

[mikocyco]

J'acidifie mon eau à l'acide lactique. Vu le taux élevé de bicarbonates de mon eau, je ne cherche pas le pH "optimal" pour la maische (je me contente de 5,4 ou 5,5, histoire de ne pas marquer la bière par l'acide).

Car autrement tout est parfait dans tes bières (de ce que j’en ai goûté), alors la pré-ebullition est probablement inutile...

Toi, tu n'as effectivement pas bu toute ma production !

[Penn-Maen]

Donc on peut mettre de l’acide lactique qui va neutraliser le HCO3- (HCO3- + HA -> CO2 + H2O + A-). Toutefois a des niveaux trop élevés ça donne aussi des faux goûts (200 ppm max d’acide lactique il me semble ce qui est vite limitant).

le phosphorique est plus neutre

[Epidemaiis]

Il paraît que le phosphorique est plus neutre, toutefois celles que j’ai brassées avec avaient un goût plus minéral, bien moins engageant.

[efdé]

Toutefois a des niveaux trop élevés ça donne aussi des faux goûts (200 ppm max d’acide lactique il me semble ce qui est vite limitant).

Merci pour la mise en garde sur le dosage de l'acide lactique. Apparemment on peut quand même monter à 400ppm sans que ce soit détectable, toujours d'après Braukaiser.