Moyen de refroidissement
L’objectif de ce document est de faire une présentation et comparaison des principales méthodes de refroidissement du moût après ébullition, avant ensemencement, ainsi que des différents matériels existants et de leur utilisation.
Il s’agit surtout d’un travail de synthèse de documents déjà existants.
Introduction
Cette étape dans la fabrication de la bière est dangereuse pour le mout car il devient extrêmement vulnérable aux infections. Un refroidissement rapide permet d’ensemencer plus vite et de limiter la période de risque.
Il permet aussi de limiter la production de DMS (http://univers-biere.net/pbgouts2.php et http://www.brassageamateur.com/wiki/index.php/DMS)
« Le DMS est produit de manière naturelle et continue par le moût pendant qu'il est chaud et disparaît avec la vapeur pendant la cuisson. Si le moût est refroidit trop lentement il va se dissoudre dans celui-ci. Il vaut donc mieux ne pas couvrir totalement la cuve d'ébullition pendant la cuisson afin qu'il puisse s'évacuer avec la vapeur et refroidir rapidement le moût avec un refroidisseur pour éviter les faux goûts. »
Précision sur les matériaux
La plupart des refroidisseurs sont en cuivre ou en inox.
Le cuivre transmet mieux la chaleur que l’inox mais est vulnérable à l’oxydation. Le nettoyage au chemipro, qui oxygène l’eau, est à proscrire. Il doit être soit maintenu en eau, soit parfaitement séché pour être bien conservé.
Nous distinguerons dans cet article deux principes de refroidissement : d’un stock, puis d’un flux.
Refroidissement du stock
Le but ici est de refroidir la totalité du stock de moût en même temps.
Refroidissement sans rien
Cette première méthode est très simple et consiste à laisser le moût refroidir naturellement. Ce refroidissement se fera selon les cas au contact de l’air et éventuellement de l’eau : soit en laissant la casserole de moût à l’air libre, soit en mettant casserole de moût directement dans un évier ou une baignoire remplie d’eau. L’eau chauffe et le moût refroidit. L’eau extérieure peut être changée une fois réchauffée, il est possible d’atteindre des températures d’eau assez basses en mettant à la fin du refroidissement des bouteilles d’eau gelée ou des pains de glace dans l’évier ou la baignoire.
Un risque constaté : les casseroles et cocottes minutes ne sont pas étanches. Avec la diminution de la température, un appel d’air se fait de l’extérieur vers l’intérieur de la casserole ou de la cocotte-minute et peut contaminer le moût. Si le refroidissement se fait pendant la nuit, les bactéries auront tout ce temps pour se multiplier.
Ce risque peut être diminué en faisant le refroidissement dans un milieu étanche : en transvasant le moût bouillant vers un seau de fermentation, que l’on ferme complètement. Le plastique de ces seaux, polypropylène, code de recyclage 5, résiste à ces températures.
Le seau va se bomber vers l’intérieur, l’équilibre des pressions se rétablira lors de l’ensemencement des levures : le moût peut être contaminé par quelques germes externes à ce moment-là, mais leur prolifération devrait être bloquée par celle des levures mises en quantités beaucoup plus importantes.
Avantages :
- Aucun matériel nécessaire : du temps et un évier suffisent.
- Un refroidissement grossier avec de l’eau permet de limiter le DMS en descendant sous les 80 degrés.
Inconvénients :
- Attention à la manipulation de vingt litres de moût bouillant.
- Lent, très lent. Attention que personne ne s’approche du moût pendant tout le temps du refroidissement.
Astuce :
- Utilisation d’un seau fermé pour le refroidissement.
- L’utilisation de bouteilles d’eau gelée peut être facilitée en les remplissant d’eau salée qui passe à l’état liquide à des températures plus basses.
Mise en contact d'un autre corps froid, directement
L'idée est de mettre le moût bouillant en contact avec un corps plus froid directement, de la glace par exemple et de les mélanger.
L'idée fonctionne en faisant attention à quelques points :
- le corps froid mis en contact doit être absolument propre et désinfecté : dans le cas de la glace, il est préférable de faire sa propre glace avec de l'eau bouillie.
- Il faut un volume important pour arriver à diminuer la température, hors les corps vont se mélanger : attention à ne pas trop diluer le moût.
Cela peut être réalisé en mettant un moût déjà refroidi en contact avec de la glace ou de l'eau froide pour abaisser des quelques degrés restants pour pouvoir ensemmencer.
Serpentin refroidisseur
Cette méthode consiste à faire circuler de l’eau froide dans le moût au travers d’un serpentin en cuivre plongé directement dans le moût. La mise en contact des deux liquides au travers du cuivre permet d’évacuer la chaleur. Le refroidissement est très rapide au début, puis beaucoup plus lent.
Une quantité d’eau à 20 degrés permettant de faire passer le moût de 100 à 60 degrés ne permettra ensuite que de le faire passer de 60 à 40 degrés, puis de 40 à 30 degrés, puis de 30 à 25 degrés.
Pour ces serpentins comme pour les refroidisseurs à plaque ou contre-courant tubulaires coaxiaux, la température du mout ne peut descendre en dessous de la température de l’eau qui sert au refroidissement.
Avantages :
- Facilité de mise en place, le serpentin est plongé dans le moût, il n’y a besoin que d’une arrivée et d’une sortie d’eau.
- Facilité d’entretien : le serpentin, propre, peut être plongé dans le mout en ébullition pendant 10 mn pour être directement désinfecté. La partie en contact avec la bière est à l’extérieur ce qui permet de la sécher et de détecter directement les éventuelles traces d’oxydation du cuivre.
- Il est possible de de réaliser soi-même et c’est quand même plus sympa :
http://univers-biere.net/brico_serpent1.php
http://www.bierealamain.fr/22/11/2011/fais-des-noeuds-avec-un-tuyau-de-cuivr/
Inconvénients :
- Efficacité moindre que les refroidisseurs à contre-courant : quantité d’eau plus importante, temps de refroidissement moyen.
- Un tel refroidisseur est dimensionné pour un certain volume, en cas de changement vers un matériel plus grand ou plus petit, il devra peut-être être changé ou tordu pour convenir au nouveau matériel.
Astuce :
- La température du brassin tend vers la température du robinet, utiliser à la fin une eau à 10 degrés sur un moût à 40 degrés permettra de le faire descendre plus bas.
- L’eau froide peut être envoyée du robinet vers les spires du haut, là où le moût est le plus chaud, pour un maximum d’efficacité.
- Pour améliorer l'efficacité, il vaut mieux que les spires du haut soient plus resserrées que celles du bas pour augmenter le contact avec le moût le plus chaud.
- Le refroidissement se fera au contact des spires : le moût au centre de la casserolle peut être plus chaud que celui au centre. Il peut être intéressant de remuer le moût, soit en bougeant le serpentin dedans, soit avec une spatule pour l'améliorer.
- Sur un volume important, le principe du serpentin peut continuer à être utilisé en augmentant encore plus le contact : par exemple avec deux serpentins, un plus sur les cotés de la cuve, un plus au centre, afin que la plus grande partie du moût soit proche d'une spire et puisse refroidir. Encore plus efficace s'ils sont alimentés chacun avec leur propre circuit d'eau froide
Bassin refroidisseur
Cette méthode n’est citée ici que pour des raisons historiques : elle consiste à mettre le moût bouillant dans un bassin peu profond, historiquement en cuivre, pour qu’il puisse refroidir au contact de l’air. L’infection est presque garantie. A ma connaissance cette méthode n’est plus utilisée que pour la fermentation spontanée, mais on peut toujours voir de tels bassins sous les toits d’anciennes brasseries, comme lors de la visite de la basserie « Halve Maan » à Bruges, même si ceux-ci ne sont plus utilisés de nos jours pour refroidir le moût.
Refroidissement du flux via un refroidisseur à contre-courant
Petite définition : le refroidissement à contre-courant consiste à mettre en contact deux liquides de températures différentes pour qu’ils échangent leurs températures.
Pour être efficace, le sens des arrivées est opposé. Avec deux fluides de même capacité calorifique, dans un monde parfait, en théorie (oui, ça fait beaucoup de si), un moût à 100 degrés mis en contact en entrée avec un liquide à 20 degrés donnerait à la sortie un moût à 20 degrés et de l’eau à 100 degrés qui pourrait être stockée dans une cuve d’eau chaude ou utilisée pour le nettoyage.
Plusieurs brasseurs amateurs sont sur une quantité d’eau nécessaire de 1,25 litre d’eau par litre de moût refroidi.
Dessin ou schéma libre de droits à mettre
Il existe principalement deux matériels utilisés : le refroidisseur à plaques et le refroidisseur tubulaire coaxial à contre-courant, dit parfois aussi « refroidisseur à contre-courant », fabriqué maison.
Matériel : il est nécessaire d’avoir un robinet sur la casserole de moût ou une pompe pour amorcer la circulation, ou utiliser la méthode Bière à la Main pour amorcer sans risque (à décrire : si j'ai bien compris, le tuyau de moût passe par le robinet du seau, le tuyau servant à aspirer et amorcer le flux est fixé au trou du barbotteur, ce qui permet d'aspirer par le trou du haut du seau sans risquer de se bruler avec le moût qui arrivera pas en bas). Il est évidement déconseillé d'amorcer un siphon de moût bouillant à aspirant directement avec la bouche.
Au-delà d’une certaine taille, la gravité ne suffit plus et une pompe peut être nécessaire.
La mesure de l’efficacité est très complexe et tient compte de la conductivité thermique des matériaux du refroidisseur à conduire la chaleur, des débits respectifs du moût et de l’eau, ainsi que de la température de cette eau de refroidissement.
Pour ces refroidisseurs à plaque ou contre-courant tubulaires coaxiaux, comme pour les serpentins refroidisseurs, la température du mout ne peut descendre en dessous de la température de l’eau qui sert au refroidissement.
Refroidisseur à plaques
Le refroidisseur à plaque est un refroidisseur à contre-courant qui permet de faire circuler les deux liquides dans des plaques successives collées entre elles. Le moût circulera par exemple dans les plaques paires et l’eau de refroidissement dans les plaques impaires. Ils sont extrêmement compacts.
Deux points d’attention lors du choix d'un tel produit (cf inconvénients plus bas) :
a) la présence de cuivre dedans, qui impacte les produits nettoyants pouvant être utilisés et leur stockage
b) la possibilité de les ouvrir pour les démonter et les nettoyer : le moût pouvant contenir des impuretés, elles risquent de créer des dépôts qui peuvent devenir des foyers d'infection du moût. Certains brasseurs amateurs auraient jeté leur refroidisseur soudé encrassé et seraient retournés au serpentin immergé pour ne plus subir ces risques.
Avantages :
- Très efficace : économe et écologique, très compact, c’est ce type de matériel qui est utilisé dans les basseries professionnelles (au moins au Paradis et à la Goutte d’or, vu avec les brasseurs).
- Le même refroidisseur peut être utilisé quel que soit le volume de moût à refroidir, cela mettra seulement plus de temps, mais le même matériel peut être utilisé, car branché sur un tuyau et non mis dans la cuve.
- Il est possible de les désinfecter en les faisant bouillir dans l'eau : leur taille compacte le permet.
Inconvénients :
- Une précaution à prendre : s’ils sont 100% inox, ils peuvent être stockés tels quels. S’ils contiennent du cuivre, il peut être nécessaire de les stocker en eau, maintenus remplis, pour éviter l’oxydation.
- Ces refroidisseurs à plaque peuvent devenir des nids à bactérie. Même s’il est possible de les faire bouillir pour les désinfecter, les résidus de brassage, poussière de houblon en particulier, peuvent s’amalgamer et devenir une source potentielle d’infection. Il est indispensable de prendre un refroidisseur à plaque démontable que l’on puisse nettoyer et vérifier. Plusieurs brasseurs amateurs auraient dû changer de matériel de refroidissement suite à ce problème.
- Aucun brasseur amateur n’a encore trouvé de méthode pour se fabriquer son propre refroidisseur à plaque.
Astuce :
- Si le refroidisseur n’est pas efficace, il est possible qu’il soit branché à co-courant, auquel cas il n’y a pas d’échange de température, mais juste une moyenne.
- Il est possible de mettre deux refroidisseur à plaques en série, pour doubler la surface d'échange.
Le refroidisseur tubulaire coaxial à contre-courant
Ce refroidisseur est constitué d’un tuyau de qualité alimentaire conduisant la chaleur dans lequel circule le moût à refroidir, mis dans un autre tuyau, dans lequel circulera l’eau du refroidissement.
Un tutoriel très bien fait, sur le site de la Brasserie du Paradis pour un refroidisseur de vingt-cinq mètres : http://brasserieleparadis.free.fr/materiel.php
Avantages :
- Refroidissement à contre-courant : très efficace, économe et écologique.
- La section du tube intérieur étant au moins de 8mm, les impuretés du moût ne se bloquent pas dedans : il est plus facile à nettoyer qu'un refroidisseur à plaques.
- Le même refroidisseur peut être utilisé quel que soit le volume de moût à refroidir, cela mettra seulement plus de temps, mais le matériel peut être utilisé, car branché sur un tuyau et non mis dans la cuve.
- Réalisable soi-même, et le nom en jette.
Inconvénients :
- Moins compact que le refroidisseur à plaque.
- Pas facilement démontable.
- Il n’est pas possible de vérifier l’intérieur du tube dans lequel le moût circule, en particulier pour les traces d’oxydation.
- S'il est plus simple à nettoyer, il est plus compliqué de le désinfecter : il est nécessaire de faire passer le liquide désinfectant dans tout le tuyau, eau bouillante par exemple.
Astuce :
- Si le refroidisseur n’est pas efficace, il est possible qu’il soit branché à co-courant, auquel cas il n’y a pas d’échange de température, mais juste une moyenne.
- Il est possible de remplir le refroidisseur d’eau et de mettre des bouchons aux entrées pour le stocker en eau.
- Il doit être possible de faire un système 100% inox avec un serpentin ou des tubes inox reliés ensemble, gainés dans un tuyau en plastique. Les raccords seraient des coudes inox soudés ou des raccords en silicone. Idée à creuser, mais la conductivité thermique plus faible de l’inox par rapport au cuivre en fera un refroidisseur encore plus volumineux.
Autre : le refroidissement du flux dans un stock d’eau
Il s’agit ici de faire circuler le flux de moût à l’intérieur d’un tube conduisant la chaleur, plongé dans un stock d’eau froide.
Pour être efficace, il faut un grand volume d’eau car celui-ci va absorber la chaleur et la conserver : plus la température du moût diminue, plus la température du liquide utilisé pour le refroidissement augmente.
