Fermentation par levure : la biologie derrière la bière
Les levures transforment les sucres du moût en alcool, en dioxyde de carbone et en composés aromatiques. Voici les phases de la fermentation, les besoins des levures et l'influence de la température sur la bière.
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La réponse courte : la levure de bière (Saccharomyces) consomme les sucres présents dans le moût, principalement le maltose, pour les transformer en éthanol et en dioxyde de carbone. Pour chaque unité de glucose, la réaction est : C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂. Au cours de ce processus, la levure produit de petites quantités de composés aromatiques tels que des esters, des phénols et des alcools supérieurs. La fermentation se déroule en plusieurs phases, et la levure a besoin d'oxygène, de nutriments et d'une température appropriée pour travailler proprement.
| Phase | Durée type (ale) | Ce qui se passe |
|---|---|---|
| Latence | 3 à 15 heures | La levure absorbe l'oxygène et les nutriments pour renforcer ses membranes cellulaires ; peu d'activité visible |
| Croissance et fermentation active | Jours 1 à 5 | La levure se multiplie et fermente intensément : formation du krausen, production de CO₂, chaleur et de la plupart des composés aromatiques |
| Ralentissement | Jours 4 à 10 | Le taux de sucre diminue ; la levure commence à sédimenter |
| Maturation | Quelques jours à quelques semaines | La levure réabsorbe les sous-produits comme le diacétyle et l'acétaldéhyde, puis clarifie la bière |
Les lagers passent par les mêmes phases, mais plus lentement, entre 9 et 13 °C (48–55 °F).
Qu'est-ce que la levure ?
La levure est un champignon unicellulaire mesurant environ 5 à 10 micromètres. Deux espèces principales sont utilisées en brasserie :
- Saccharomyces cerevisiae, la levure d'ale. Il s'agit de la même espèce que celle utilisée par les boulangers, sélectionnée au fil des siècles pour le brassage.
- Saccharomyces pastorianus, la levure de lager. Il s'agit d'un hybride naturel entre S. cerevisiae et S. eubayanus, une souche tolérante au froid, ce qui lui permet de travailler dans un moût froid.
La levure se multiplie par bourgeonnement : une cellule fille se développe à partir de la cellule mère avant de s'en détacher. Elles peuvent vivre avec ou sans oxygène, mais dans un moût sucré, elles fermentent dans les deux cas. Pour en savoir plus, consultez : la fermentation est-elle aérobie ou anaérobie ?
Ce qui se passe à l'intérieur de la cellule
- L'absorption des sucres, dans l'ordre. La levure absorbe d'abord les sucres simples : glucose, fructose et saccharose, qu'elle décompose à l'extérieur de la cellule. Viennent ensuite le maltose, qui constitue la majeure partie du sucre du moût, puis le maltotriose. Les chaînes plus longues (dextrines) restent dans le moût et donnent du corps à la bière.
- Glycolyse. Chaque molécule de glucose est scindée en deux molécules de pyruvate. La cellule gagne 2 ATP, sa monnaie énergétique.
- Fermentation. Le pyruvate libère du CO₂ et devient de l'acétaldéhyde, que la cellule transforme ensuite en éthanol. Cette étape finale recycle les transporteurs d'énergie de la cellule pour permettre à la glycolyse de se poursuivre.
- Évacuation de l'éthanol et du CO₂. Le CO₂ s'échappe par le barboteur ou reste dissous en cas de fermentation sous pression.
Un rendement de 2 ATP par glucose est faible (la respiration avec oxygène produit environ 15 fois plus d'énergie), c'est pourquoi la levure doit consommer une grande quantité de sucre pour survivre. C'est ce que recherchent les brasseurs. En termes de poids, les produits se répartissent presque équitablement : 180 g de glucose donnent 92 g d'éthanol et 88 g de CO₂. Un brassin de 19 litres à 5 % d'alcool produit environ 750 g d'alcool et 700 g de CO₂, soit plusieurs centaines de litres de gaz. La réaction dégage également de la chaleur, c'est pourquoi le fermenteur chauffe lors du pic d'activité.
Ce dont la levure a besoin pour une fermentation propre
| Besoin | Pourquoi | Cible type |
|---|---|---|
| Suffisamment de cellules | Trop peu de cellules entraînent une phase de latence prolongée, plus d'esters et plus de diacétyle | 0,75 million de cellules par mL par °Plato pour les ales, 1,5 pour les lagers |
| Oxygène, uniquement à l'ensemencement | La levure l'utilise pour fabriquer des stérols et des acides gras pour ses membranes cellulaires | 8–10 ppm pour les ales, 10–12 ppm pour les lagers et les bières fortes |
| Nutriments | Acides aminés, vitamines et minéraux tels que le zinc pour la croissance | Le moût tout malt suffit généralement ; ajoutez des nutriments pour levure pour les moûts denses ou très sucrés |
| Température adéquate | Détermine la vitesse et le profil aromatique | 17–20 °C (62–68 °F) pour la plupart des ales propres ; 9–13 °C (48–55 °F) pour les lagers |
En pratique, un brassin de 19 litres de bière à 1,050 de densité nécessite environ 175 milliards de cellules ; la même quantité pour une lager en nécessite environ 350 milliards. C'est pourquoi les lagers et les bières fortes nécessitent généralement un pied de cuve (levain). Pour l'aération, voir comment aérer le moût.
D'où viennent les arômes
La plupart des arômes de fermentation se forment pendant la croissance de la levure, durant les deux ou trois premiers jours. C'est la période où le contrôle de la température est le plus crucial.
| Composé | Saveurs ou odeurs | Favorisé par |
|---|---|---|
| Esters | Banane, poire, pomme ; solvant en concentration élevée | Fermentation à haute température, sous-ensemencement, haute densité, manque d'oxygène ; certaines souches |
| Alcools supérieurs | Chaud, évoquant le solvant | Fermentation trop chaude au début ; stress de la levure |
| Phénols | Clou de girofle, épices | Souches spécifiques (hefeweizen, belges, saison) ; sinon levures sauvages |
| Diacétyle | Beurre, caramel au beurre | Sous-ensemencement ; arrêt de la fermentation avant le nettoyage de la levure |
| Acétaldéhyde | Pomme verte | Séparation prématurée de la levure |
| Composés soufrés | Œuf pourri, allumette brûlée | Souches de lager, stress de la levure ; s'atténue avec le temps |
Les fermentations plus chaudes sont plus rapides et produisent davantage d'esters et d'alcools supérieurs ; les fermentations plus froides sont plus propres et plus lentes. Si la température baisse trop, la levure peut sédimenter avant d'avoir fini. La méthode habituelle consiste à ensemencer dans le bas de la plage de température de la souche, maintenir pendant les trois premiers jours, puis laisser remonter de quelques degrés pour finaliser. Gérez la température de la bière, pas celle de la pièce : un fermenteur chemisé avec un kit de contrôle de température le fait automatiquement.
Comment se termine la fermentation
À mesure que le sucre disparaît, la levure réabsorbe le diacétyle et l'acétaldéhyde produits précédemment, puis s'agglutine (floculation) et sédimente. Le taux de consommation des sucres correspond à l'atténuation : la plupart des souches atteignent 65 à 85 % d'atténuation apparente, selon la souche et la fermentescibilité du moût.
La fermentation est terminée lorsque la densité reste stable pendant 2 à 3 jours. Procédez à un repos diacétyle avant le choc thermique (cold crash). La levure saine récupérée au fond peut être récoltée et réutilisée. Une bière laissée trop longtemps sur des levures mortes peut développer des saveurs de viande ou de caoutchouc dues à l'autolyse.
Questions fréquentes
La fermentation par levure est-elle aérobie ou anaérobie ?
Anaérobie. La levure fermente le sucre sans utiliser d'oxygène. Elle n'en a besoin qu'au début pour construire ses membranes cellulaires, ce qui explique pourquoi on aère le moût refroidi avant de le mettre à l'abri de l'air.
Combien de temps dure la fermentation ?
Une ale classique fermente intensément pendant 3 à 5 jours et est généralement terminée en 1 à 2 semaines. Les lagers prennent 2 à 3 semaines, suivies d'une garde au froid. Les bières plus denses prennent plus de temps.
Pourquoi mon fermenteur ne bulle-t-il pas ?
Il peut être encore en phase de latence, ou le CO₂ s'échappe par un couvercle ou un raccord mal étanche. Vérifiez la densité : si elle baisse, la levure travaille. Consultez notre guide pour dépanner les problèmes de fermentation.
Que devient la levure après la fermentation ?
La plupart des cellules entrent en dormance et sédimentent. Elles restent vivantes, ce qui permet la carbonatation des bières refermentées en bouteille et la réutilisation des levures.
La fermentation gazéifie-t-elle la bière ?
Très peu : avec un barboteur, la majeure partie du CO₂ s'échappe. Pour gazéifier, ajoutez du sucre lors de l'embouteillage, utilisez un système de carbonatation forcée en fût ou fermez une soupape de décharge vers la fin de la fermentation. Voir : fermentation sous pression.
Guides connexes
Fermentation ale vs lager, levures sèches vs liquides, oxygène et oxydation, fermentation des bières fortes et préparer un pied de cuve (levain).