Expériences de sciences: fabrication d'une solution hydroalcoolique en passant par une fermentation alcoolique
10 et 11H: fabriquer de l'alcool à partir de malt pour une solution hydroalcoolique-premier semestre 2020
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Cuve de fermentation permettant aux levures de transformer le sucre en alcool
Durant les leçons de travaux pratiques de sciences, de septembre à novembre 2020, nous avons réalisé un projet dont l'objectif était de fabriquer de la solution hydroalcoolique à partir de malt et de levures.
Pour cela, les élèves ont découvert trois méthodes pour déterminer la concentration en sucre d'une solution sucrée. C'est en effet à partir du sucre contenu dans l'eau que les levures sont capables de fabriquer de l'éthanol nécessaire à la préparation de la solution hydroalcoolique.
Ensuite, les élèves ont brassé de la bière à partir de malt et de levures fournis gracieusement par la Brasserie BLZ à Orvin. Le taux de sucre obtenu après la première étape de brassage a été mesuré et devait permettre un taux d'éthanol dans la bière de 5% environ.
Une fois la bière brassée, des essais de distillation ont été effectués. Le but de la distillation était de concentrer l'éthanol, une concentration élevée étant nécessaire pour fabriquer la solution hydro-alcoolique. Nous avons réussi à obtenir une solution concentrée à environ 20% en alcool, trop peu pour fabriquer la solution désinfectante.
La bière brassée est imbuvable: une partir de l'éthanol formé lors de la fermentation a du s'oxyder, rendant la bière acide (l'éthanol s'oxyde en acide acétique au contact de du dioxygène).
A travers ces expériences, nous avons abordé les notions de validation d'une méthode de mesure, de fermentation, d'observation de levures au microscope, de distillation,...
Voici ci-dessous un résumé écrit par des élèves de 11H: Léna, Joane et Esma
Trois méthodes pour mesurer la concentration en sucre:
1. le réfractomètre : on doit mettre quelques gouttes de solution inconnue sur le prisme puis fermer le couvercle et regarder la graduation (ça nous donne la réponse directement en %).
2.densimètre : on doit remplir un cylindre avec la solution inconnue puis mettre le densimètre à l'intérieur du cylindre et regarder la graduation. Plus le densimètre flotte haut plus la densité est élevée (donc plus le densimètre flotte plus il y a de sucre dans la solution).
3. Mesure de la masse volumique: On mesure la masse volumique de solutions de masse volumique connue. On trace alors une droite d'étalonnage. En mesurant la masse volumique d'une solution de concentration inconnue en sucre on peut lire sa concentration en sucre sur le graphique obtenu.
Par la suite nous avons commencé à faire de la bière artisanale:
Pour les étapes: nous avons procédé à l’empâtage. Dans la cuve, nous avons commencé par faire chauffer 21 litres d’eau à 70-75 degrés, puis nous avons ajouté l’ensemble du malt concassé et nous avons bien mélangé le tout. Ce mélange devait être maintenu à environ 65-68 degrés, en faisant cela, le mélange obtenu s'appelle la maische.
Ensuite nous avons passé à l’étape de la filtration de la maische. Pour la filtrer, il a fallu utiliser une passoire et un linge filtrant. Cette étape sert à récupérer la partie liquide appelée le moût. Les drêches (grains concassés) sont données aux poules, qui elles ont adoré !
Après cela nous avons passé à l’étape qui se nomme houblonnage. Cette étape consiste à placer le moût dans la cuve pour la faire chauffer à 80 degrés, on y ajoute trois quart du houblon, et on laisse infuser pendant 45 minutes. Quarante-cinq minutes plus tard, on ajoute le reste du houblon et encore une fois, on laisse infuser pendant 15 minutes.
Et on passe à la seconde filtration: Pour cette filtration, on utilise le même matériel qu’au début, donc la passoire et le linge filtrant. La seconde filtration sert à éliminer toutes les particules solides restant en suspension.
La dernière étape de ce protocole de brassage est l’étape du refroidissement et de l’ensemencement. Les levures se développent le mieux entre 20-27 degrés, c’est donc pour cela qu’il faut absolument attendre que le mélange atteigne cette température avant d'ensemencer les levures. Nous avons versé le moût dans la cuve de fermentation, puis on a refroidi la cuve avec de l’eau froide (l’eau ne doit surtout pas rentrer dans la cuve !). Après avoir atteint la température souhaitée, on ferme la cuve et on y met le barboteur. Maintenant il faut attendre environ une semaine pour que tous les sucres (C6H12O6) se transforment en alcool (C2H6O)
La fermentation alcoolique:
Le sucre est transformé en alcool par les levures.
Des sucres (glucides, principalement le glucose) sont transformés en alcool (éthanol) dans un milieu liquide, privé d’air.
Résultat de la bière :
Malheureusement la bière n'était pas très bien réussi. Déjà nous aurions dû filtrer encore une fois avec un linge. Et elle n’a pas eu un très bon niveau d’odeur et de goût. La température de la salle était trop faible la nuit. On a laissé fermenter trop longtemps et l’alcool s’est oxydé en acide acétique.
Notre avis sur l’expérience :
Nous avons pris beaucoup de plaisir à réaliser cette expérience. Ce qui était bien c’est d’avoir pris du malt bio-suisse, car c’est une chose importante, D’ailleurs nous remercions BLZ qui nous ont offert le malt et les levures. C’est juste dommage que le résultat n’ait pas été celui que nous attendions.
La distillation :
Le principe de la distillation est simple. Le but est de séparer l’alcool pur (donc l’éthanol). Le procédé utilise la différence de volatilité (capacité de s’évaporer selon la température). Il faut faire chauffer le liquide et comme l’éthanol est plus volatil que l’eau il va plus vite se transformer à l'état gazeux. Comme ça il va devenir de la vapeur, laquelle va monter dans le tuyau et le tuyau sera froid grâce à de l’eau froide qui a pour rôle de refroidir les vapeurs. Une fois redevenu liquide, l'alcool va donc couler dans le bécher qu’on aura déposé en dessous de la sortie. Plus la température est élevée, moins l’alcool sera pur. A la fin nous avons obtenue une dizaine de millilitres d’alcool.
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