La physique de l’ébullition et du refroidissement dans le brassage

La réponse courte : l'ébullition accomplit un vrai travail : elle transforme les acides alpha du houblon en amertume, élimine le DMS, stérilise et concentre le moût. Attendez-vous à évaporer environ 4 à 6 L (1–1,5 gal) par heure sur une installation de brassage amateur avec une ébullition vive. L'eau bout à 100 °C (212 °F) au niveau de la mer, et environ 1 °C de moins tous les 300 mètres d'altitude, ce qui réduit légèrement l'utilisation du houblon.

Altitude	Point d'ébullition
Niveau de la mer	100 °C (212 °F)
760 m (2 500 pi)	environ 97,5 °C (207,5 °F)
1 520 m (5 000 pi)	environ 95 °C (203 °F)
2 290 m (7 500 pi)	environ 92,5 °C (198,5 °F)

Chauffage : combien de temps cela prend

Il faut 1 BTU pour chauffer 1 lb (0,45 kg) d'eau de 1 °F, et un gallon d'eau pèse 8,34 lb. Le moût se comporte presque de la même manière. Ainsi, chauffer 38 L (10 gal) d'eau de 16 °C (60 °F) jusqu'à l'ébullition prend environ 12 700 BTU, ou 3,7 kWh. Un élément de 5 500 W effectue cette tâche en environ 40 à 45 minutes, une fois les déperditions thermiques prises en compte.

Puissance de l'élément	19 L (5 gal) de 16 °C à l'ébullition	38 L (10 gal) de 16 °C à l'ébullition
1 650 W (un élément 120 V)	environ 68 min	environ 135 min
3 300 W (deux éléments 120 V)	environ 34 min	environ 68 min
5 500 W (240 V)	environ 20 min	environ 41 min

Il s'agit des minima physiques, sans déperdition de chaleur. Les durées réelles sont plus longues, surtout dans une pièce froide ou si le couvercle est retiré.

Ébullition : où va l'énergie

Une fois que le moût bout, sa température cesse d'augmenter. Chaque apport supplémentaire de chaleur sert à transformer l'eau en vapeur, et cela demande beaucoup d'énergie : évaporer 3,8 L (1 gal) prend environ 8 100 BTU (2,4 kWh), soit plus de six fois ce qu'il a fallu pour chauffer ce gallon de 16 °C jusqu'à l'ébullition.

Cela signifie que l'évaporation dépend principalement de la chaleur apportée, et non de la cuve. Chaque tranche de 1 000 W atteignant une cuve en ébullition évapore environ 1,6 L (0,4 gal) par heure. Un élément de 5 500 W à pleine puissance pourrait évaporer jusqu'à environ 8,8 L (2,3 gal) par heure, moins les pertes de chaleur de la cuve vers la pièce. C'est pourquoi les brasseurs électriques réduisent la puissance une fois l'ébullition lancée : une ébullition vive et stable nécessite beaucoup moins de puissance que pour l'atteindre, et moins de puissance signifie moins d'évaporation. Un condenseur de vapeur réduit également l'évaporation d'environ 20 à 30 %, donc mesurez vos volumes et ajustez en conséquence.

Pendant l'ébullition, les acides alpha du houblon s'isomérisent en amertume, le DMS s'échappe avec la vapeur, les protéines s'agglomèrent lors de la cassure à chaud, et le moût est stérilisé et concentré. Laissez le couvercle ouvert pour que le DMS puisse s'échapper. En altitude, l'ébullition plus douce isomérise le houblon un peu plus lentement ; la même recette sera donc légèrement moins amère.

Refroidissement : pourquoi les derniers degrés sont les plus lents

Refroidir 19 L (5 gal) de l'ébullition à 20 °C (68 °F) signifie éliminer environ 6 000 BTU (1,8 kWh). La vitesse de refroidissement dépend de l'écart de température entre le moût et l'eau de refroidissement : la chaleur se déplace rapidement lorsque l'écart est important et lentement lorsqu'il est faible.

• Refroidisseur à immersion. Toute la cuve refroidit ensemble, donc l'écart diminue constamment. Avec de l'eau du robinet à 13 °C (55 °F), il faut environ autant de temps pour passer de 38 °C (100 °F) à 20 °C (68 °F) qu'il n'en a fallu pour passer de l'ébullition à 38 °C.
• Refroidisseur à contre-courant. Le moût et l'eau circulent dans des directions opposées, de sorte que l'eau la plus froide rencontre le moût le plus frais à la sortie, maintenant un écart important le long de tout le serpentin. Le moût peut sortir à quelques degrés près de la température de l'eau entrante, en un seul passage. Ralentissez le débit du moût pour une température de sortie plus basse.
• Le sol. Aucun refroidisseur ne peut refroidir le moût en dessous de la température de l'eau qui le traverse. En été, terminez avec de l'eau glacée ou laissez un fermenteur refroidi au glycol gérer les derniers degrés.

L'acier inoxydable conduit la chaleur environ 25 fois moins bien que le cuivre, mais dans un refroidisseur, la finesse de la paroi du tube n'est pas le facteur limitant, c'est pourquoi un refroidisseur à contre-courant en inox plus long reste efficace. Plus d'informations dans cuivre contre inox pour les refroidisseurs.

Règles empiriques

Pour	Impérial	Métrique
Chauffer l'eau d'un degré	8,34 BTU par gal par °F	4,19 kJ par L par °C
Chauffer avec 1 000 W	1 gal augmente d'environ 7 °F par min	1 L augmente d'environ 14 °C par min
Évaporer l'eau	Env. 8 100 BTU (2,4 kWh) par gal	Env. 2 260 kJ (0,63 kWh) par L
Évaporation avec 1 000 W	Env. 0,4 gal par heure	Env. 1,6 L par heure
Point d'ébullition en altitude	Env. 1 °F de moins par 500 pi	Env. 1 °C de moins par 300 m

Questions fréquemment posées

Pourquoi ma cuve met-elle plus de temps à chauffer que ce que prévoient les calculs ?

La chaleur s'échappe par les parois et le dessus ouvert, d'autant plus que le moût devient chaud. Un élément fournit également moins de puissance si la tension de votre réseau est inférieure à sa tension nominale.

Une ébullition plus vigoureuse donne-t-elle une meilleure bière ?

Non. Une ébullition vive et constante suffit à accomplir le travail. Au-delà, l'énergie supplémentaire sert principalement à évaporer plus d'eau.

Pourquoi le moût mousse-t-il au début de l'ébullition ?

Les protéines forment de la mousse jusqu'à ce qu'elles s'agglomèrent en cassure à chaud. Réduisez la puissance au moment de l'ébullition et restez à proximité pendant les premières minutes ; une fois la cassure formée, la mousse retombe.

Le brassage en altitude modifie-t-il ma recette ?

Légèrement. L'ébullition plus douce donne un peu moins d'amertume avec la même quantité de houblon. Ajustez le houblon amérisant selon votre goût après un ou deux brassins.

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