La chimie pétillante derrière les boissons gazeuses

Professeur de chimie et de biochimie, Université de Miami

Michael W. Crowder reçoit un financement des National Institutes of Health pour mener des recherches sur la résistance aux antibiotiques et de Sazerac Corp et MineXAI pour mener des recherches sur la caractérisation du bourbon.

L'Université de Miami fournit un financement en tant que membre de The Conversation US.

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Beaucoup de gens aiment l’effervescence rafraîchissante d’un soda, d’un champagne, d’une bière ou d’une eau gazeuse. Lorsque vous prenez une gorgée, les bulles de gaz contenues dans la boisson éclatent et le gaz libéré vous chatouille le nez. Mais vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionne réellement la carbonatation ?

Je suis un professeur qui donne des cours de chimie et de fermentation, un passionné de boissons gazeuses et moi-même un brasseur amateur. Bien que le processus de base de carbonatation soit relativement simple, divers facteurs – de la température à la tension superficielle – peuvent affecter le goût et la qualité des boissons.

La carbonatation consiste à dissoudre le dioxyde de carbone incolore et inodore – CO₂ – dans un liquide. Lorsque du dioxyde de carbone est ajouté à une bouteille ou une canette scellée contenant de l’eau, la pression dans la bouteille ou la canette augmente et le dioxyde de carbone se dissout dans le liquide.

Le CO₂ au-dessus du liquide et le CO₂ dissous dans le liquide atteignent l’équilibre chimique. L’équilibre chimique signifie essentiellement que la vitesse à laquelle le CO₂ se dissout dans le liquide est égale à la vitesse à laquelle le CO₂ est libéré du liquide. Il est basé sur les quantités de CO₂ présentes dans l'air et dans le liquide.

Une partie du CO₂ dissous réagit avec l’eau pour former de l’acide carbonique, dont la formule chimique est H₂CO₃. Ainsi, une fois qu’une partie du CO₂ dissous se convertit en H₂CO₃, davantage de CO₂ présent dans l’air au-dessus peut se dissoudre dans le liquide et rétablir l’équilibre chimique.

Lorsque vous ouvrez une bouteille ou une canette, la pression au-dessus du liquide gazéifié chute pour correspondre à la pression à l'extérieur de la bouteille ou de la canette. La libération de pression se traduit par un sifflement et vous voyez des bulles monter dans le liquide à mesure que le H₂CO₃ se reconvertit en CO₂ et que ce gaz s'échappe à la surface. L’acide carbonique contenu dans la boisson est ce qui lui donne un goût un peu aigre.

Un autre facteur important influençant la carbonatation est la température. La plupart des gaz, y compris le dioxyde de carbone, ne se dissolvent pas bien dans les liquides à mesure que la température du liquide augmente. C'est pourquoi les boissons gazeuses deviennent plates si vous les laissez à température ambiante.

À l'inverse, si vous placez votre boisson gazeuse préférée au réfrigérateur et que vous la laissez refroidir, davantage de dioxyde de carbone dissous restera dans la boisson tant qu'elle est encore scellée. Lorsque vous ouvrez la bouteille ou la canette réfrigérée, le liquide bouillonne davantage car il y a plus de dioxyde de carbone dissous dans la boisson froide.

Un dernier facteur important pour la carbonatation est la tension superficielle du liquide. La tension superficielle d'un liquide est déterminée par la force avec laquelle les molécules du liquide interagissent les unes avec les autres. Pour la plupart des boissons, ces molécules sont des molécules d’eau, mais les boissons gazeuses diététiques contiennent des édulcorants artificiels dissous. Ces édulcorants peuvent affaiblir les interactions entre les molécules d’eau, créant ainsi une tension superficielle plus faible. Une tension superficielle plus faible signifie que les bulles de dioxyde de carbone se forment plus rapidement et durent plus longtemps.

C’est pourquoi il faut un peu plus de temps pour se faire servir un Coca Light sur glace, un problème que vous pourriez remarquer dans un avion. La tension superficielle plus faible de l'édulcorant artificiel signifie qu'il y a plus de pétillant et plus longtemps, par rapport aux autres boissons gazeuses. Les agents de bord doivent alors attendre que les bulles dans le gobelet se brisent avant de pouvoir remplir le gobelet avec davantage de Coca Light.

La tension superficielle est également la raison pour laquelle Diet Coke fonctionne si bien dans la célèbre expérience Mentos, au cours de laquelle vous déposez des bonbons Mentos dans des bouteilles de Diet Coke de 2 litres. Le bonbon aide à affaiblir les interactions entre les molécules d'eau et les molécules de CO₂, réduisant ainsi la tension superficielle et permettant une libération plus facile des molécules de CO₂. Un « geyser » bouillonnant de Diet Coke s'élève rapidement au-dessus de la bouteille de 2 litres alors que les molécules de CO₂ se forment rapidement sur les surfaces du bonbon et forcent le Diet Coke à sortir de la bouteille.