La fermentation de la bière

Le brassage produit un liquide sucré que l’ébullition a assaini. La fermentation est le moment où l’on y introduit un organisme vivant et où on lui laisse la main : tout ce qui précède prépare un milieu, tout ce qui suit conserve un résultat. Le partage des levures entre fermentation haute et fermentation basse relève d’une autre page : ce qu’il classe vraiment, et ce qu’il laisse ouvert d’une souche à l’autre, se lit du côté de la famille des ales. Ce qui suit porte sur la conduite : les chiffres que l’on fixe avant de refermer la cuve, et la décision qui vient à la fin.

Quatre chiffres se règlent avant de fermer la cuve

Kucharczyk et ses coauteurs ont travaillé sur une chaîne industrielle, en cuves cylindro-coniques de 3 850 hectolitres et sur un moût dense à 15,5 degrés Plato, l’unité qui mesure la quantité de matières dissoutes. Ils ont fait varier quatre paramètres et mesuré ce que chacun déplaçait dans la bière obtenue : la dose de levure, de 6 à 10 millions de cellules par millilitre, l’aération du moût, de 8 à 12 milligrammes d’oxygène par litre, la durée de remplissage de la cuve, de 4,5 à 13,5 heures, et la température de fermentation, de 8,5 à 11,5 °C.

La combinaison qui a donné la meilleure note sensorielle retient les bornes hautes sur trois paramètres et la borne basse sur le quatrième : dix millions de cellules par millilitre, 11,5 °C, 12 milligrammes d’oxygène par litre, et un remplissage bouclé en quatre heures et demie. Les composés suivis étaient l’acétaldéhyde, le diacétyle, l’acétone, la 2,3-pentanedione et le sulfure de diméthyle, c’est-à-dire les molécules dont la présence se remarque plutôt que celles qui font le style.

La durée de remplissage est le paramètre auquel on pense le moins, et c’est celui qui se transpose le plus mal. Une cuve remplie en treize heures reçoit sa levure dans un moût dont la première moitié a déjà commencé à travailler quand la seconde arrive, ce qui revient à conduire deux fermentations décalées dans le même contenant. Chez un amateur, le remplissage prend quelques minutes et la question disparaît ; restent la dose de levure et l’aération, à faire d’un seul coup avant de fermer, puisque l’oxygène ne rend service qu’à ce moment précis du parcours de fabrication.

La pression dans la cuve efface le fruité

Les esters sont les molécules qui portent les notes fruitées de banane, de pomme ou de poire, et la levure les fabrique à partir de ses propres alcools supérieurs, ces alcools autres que l’éthanol qu’elle produit en même temps que lui. L’acétate d’isoamyle, responsable de la note de banane, naît ainsi de l’alcool isoamylique, de sorte que le rapport entre les deux composés est suivi en brasserie comme un indicateur à part entière.

Souffriau et ses coauteurs rappellent d’où vient l’intérêt porté à ce rapport. Le passage des cuves de fermentation ouvertes aux hautes cuves cylindro-coniques, dans les brasseries modernes, a fait apparaître une inhibition marquée de la production d’arômes, due à la pression de gaz carbonique qui s’établit dans une colonne de liquide haute de plusieurs mètres. Leur montage de laboratoire reproduit l’effet à 0,65 bar au-dessus de la pression atmosphérique. En remplaçant, dans une levure de lager industrielle, les quatre copies du gène MDS3 par un allèle repéré chez une levure de saké tolérante à cette pression, ils ont relevé de 145 % le rapport entre l’acétate d’isoamyle et son alcool précurseur, sous cette même pression de gaz carbonique.

Deux conséquences en découlent pour la conduite d’un brassin. La première est qu’une même recette confiée à une même souche ne donne pas le même fruité selon le contenant, ce qui explique une part de l’écart entre une bière de brasserie et la même recette reproduite chez soi. La seconde va dans le sens de l’amateur : un seau de vingt ou trente litres muni d’un barboteur, qui laisse le gaz s’échapper au fur et à mesure, ne construit aucune pression comparable, et la contrainte qui pèse sur une cuve industrielle ne s’applique pas au matériel décrit dans le guide du brassage maison.

Le signal de fin ne dit pas que la levure a fini

Deux relevés de densité identiques à quelques jours d’intervalle indiquent que les sucres fermentescibles sont consommés, et c’est le signal que le brasseur attend pour passer à la suite. Ce signal ne dit rien de ce qui reste à faire dans la cuve.

Gibson et ses coauteurs décrivent la mécanique en cause. Pendant la fermentation, la levure produit de l’alpha-acétolactate, un intermédiaire de la synthèse d’un acide aminé, en quantité supérieure à ce dont elle a besoin, et l’excédent traverse la membrane pour se retrouver dans la bière. Là, il se convertit en diacétyle, la molécule au goût de beurre, par une réaction spontanée qui ne fait intervenir aucune enzyme et qui est lente, si bien que le précurseur se trouve dans la bière à des concentrations d’un tout autre ordre de grandeur que le diacétyle qu’on y mesure. La levure, de son côté, reprend le diacétyle formé et le réduit en acétoïne, nettement moins perceptible.

Tout se joue sur ce décalage de vitesse. Tant que la levure est présente, elle nettoie au fur et à mesure ce que la réaction lente lui envoie. Séparée de la bière, elle laisse derrière elle un précurseur inodore qui poursuivra sa conversion dans le contenant fermé, où plus rien ne reprendra ce qu’il produit. C’est la raison d’être des longues gardes, et la conduite propre à la fermentation basse, deux mois à un demi-degré, se lit sur la page de la lager.

Fermentation secondaire nomme trois opérations différentes

Le mot recouvre trois choses que les brasseurs ne distinguent pas toujours, ce qui explique une bonne part de leurs désaccords. Il désigne tantôt la fin de la fermentation principale, levure encore en place, tantôt un transvasement dans un second récipient pour séparer la bière de son dépôt, tantôt une reprise de fermentation dans le contenant fermé.

La première est la seule qui laisse à la levure les moyens de faire son travail de reprise, et l’industrie a mesuré ce qu’elle coûte en immobilisation. Gibson et ses coauteurs mentionnent les réacteurs à levure immobilisée montés pour s’en passer : la bière est chauffée rapidement à la sortie de la fermentation principale, ce qui force le précurseur à se convertir d’un coup, puis elle traverse une colonne où des cellules fixées reprennent le diacétyle ainsi formé. Le procédé existe précisément parce que la maturation qu’il remplace occupe des cuves pendant des semaines.

La deuxième, le transvasement, est celle qui coûte, et pour la raison exposée plus haut : elle retire la levure avant que celle-ci ait fini de reprendre ce que la réaction lente lui envoie, si bien que ce qu’elle gagne en clarté se paie en diacétyle différé. La troisième est la refermentation en bouteille, et son principe tient à trois conditions qui doivent se rencontrer en même temps : un sucre fermentescible dosé, une levure vivante et capable de travailler dans un milieu déjà alcoolisé, un contenant qui supporte la pression produite. La deuxième condition devient la contraignante sur les bières fortes, où le choix de la souche d’embouteillage se resserre à mesure que le degré monte, comme le détaille la page sur la triple. Ce que ce procédé fait vivre au contenu sur plusieurs mois se suit du côté de la bouteille de bière, et le cas des fermentations spontanées, où le brasseur renonce à ensemencer et laisse s’installer les micro-organismes du lieu, est traité dans le panorama de la bière belge.

Réutiliser sa levure change la levure

Une levure récoltée en fin de fermentation se réensemence dans le brassin suivant, et la pratique est courante en brasserie comme chez les amateurs qui brassent régulièrement. Garge et ses coauteurs ont voulu savoir ce que cette réutilisation en série change à l’organisme lui-même. Ils ont suivi par spectrométrie de masse une souche de fermentation haute employée pour les bières de froment, sur deux cycles de fermentation séparés par quatorze remises en œuvre successives, et accumulé 64 740 mesures d’abondance de protéines.

Les deux cycles ne donnent pas le même portrait. Les écarts observés entre le début de la série et son quinzième tour se concentrent sur des protéines engagées dans deux métabolismes, celui de l’ergostérol, un constituant de la membrane des cellules, et celui de l’isobutyraldéhyde. La levure du quinzième brassin reste la même souche et n’est plus tout à fait le même organisme au travail.

La conduite à en tirer est modeste et vaut pour un brasseur amateur comme pour une brasserie : compter les générations et les noter avec le brassin, plutôt que de traiter un pot de levure récoltée comme un sachet neuf. C’est aussi la raison pour laquelle une dérive de goût apparue au bout de plusieurs brassins successifs se cherche du côté de la levure avant de se chercher dans la recette.

Trois décisions, et elles ne se valent pas

Une fois la cuve fermée, il ne reste que trois choses en main : la dose de levure et l’aération, fixées ensemble au moment de l’ensemencement, la température maintenue pendant le travail, et le moment où la bière est séparée de sa levure. Le profil de sucres a été décidé à l’empâtage et l’amertume à l’ébullition, si bien que ces réglages-là appartiennent à la journée de brassage.

Les trois qui restent ne pèsent pas le même poids. L’ensemencement est une décision à prise unique, sans rattrapage possible une fois le couvercle posé, et c’est la seule qui se joue en quelques minutes. La température agit ensuite sur toutes les familles d’arômes à la fois, elle se corrige en cours de route, et un bac d’eau autour du fermenteur suffit souvent à la tenir : c’est le réglage qui rapporte le plus pour la moindre dépense. Le moment de la séparation, enfin, ne coûte rien quand on attend et coûte cher quand on se presse, ce qui en fait le plus facile des trois à bien conduire.

Rien de tout cela ne vaut en revanche pour un moût contaminé, où ce n’est plus la levure ensemencée qui décide du verre. Les signes d’une contamination et les gestes qui l’évitent relèvent de la page sur le brassage amateur, et ils passent avant toute recherche de profil aromatique.