L'eau

Cela semble une évidence, mais la bière est constituée à plus de 90% d'eau. Douce, dure, minéralisée, une chose est sure c'est qu'elle influe sur la couleur, les qualités nutritionnelles et les caractéristiques gustatives de la bière. La pureté et la qualité de l'eau qui entre dans la fabrication de la bière sont déterminantes, non seulement sur sa clarté mais aussi sur son goût.

L'eau a plusieurs impacts sur la bière

- Les ions ont une influence sur la qualité du moût lors du brassage ainsi que sur l'efficacité.
- La composition de l'eau affecte aussi le facteur d'utilisation du houblon lors de la cuisson et la perception de l'amertume sur la bière à la dégustation.
- La qualité de l'eau a aussi une incidence sur le goût final de la bière.

Les ions ayant le plus d'impact sur le profil d'eau sont : le bicarbonate, le sodium, le chlorure, le sulfate, le calcium et le magnésium.

La publication des analyses de l'eau du robinet est normalement obligatoire par votre commune. Le rapport mentionne la présence des minéraux en partie par million (ppm) ou en mg/L, les notations sont équivalentes.

Les ions ayant un impact sur le pH du moût

Le pH a une influence sur la capacité des enzymes à dégrader l'amidon, l'objectif étant d'avoir un pH compris entre 5,1 et 5,5 à température de conversion, soit 5,5 à 5,8 à température ambiante). La température et la durée des paliers d'empâtage sont des facteurs plus importants. En revanche, le pH intervient dans l'extraction de composés non souhaités, comme les tanins issus de l'enveloppe du malt. Un pH trop élevé se traduira par une amertume astringente et désagréable.

Les trois paramètres à prendre en compte sont les concentrations en ions :
- Calcium (Ca2+) 50-150 ppm : Important pour la plupart des réactions chimiques du brassage.
- Magnésium (Mg2+) 10-30 ppm : Nutriment essentiel, généralement présent. Action proche du calcium.
- Bicarbonate/Carbonate (CaCO3) : représente l'alcalinité de l'eau et équilibre l’acidité naturelle du malt. Concentration idéale entre 0-50 ppm pour les bières blondes; 50-150 pour les bières ambrées et 150-250 pour les bières brunes
Les deux premiers plutôt acides participent à la diminution du pH du moût, le dernier ayant l'effet inverse permet de la durcir.

Influence de l’eau de brassage

Chaque style de bière a un type d'eau qui lui convient le mieux.

Ville Ca2+ Mg2+ HCO3 Cl- Na+ SO42-
Pilsen 10 3 3 4,3 4 0
Dublin 119 4 319 19 12 53
Paris (13è - réseau Sud) pH=7,8 100 3 244 19 9 19
Paris (source Butte aux Cailles) pH=8,2 30 9 165 5 13 10
Noisy Le Grand (SEDIF Choisy le Roi) pH=7,7 85 4 220 24 11 25

L'eau de Pilsen est très douce, exempte de la plupart des sels minéraux et très pauvre en bicarbonates, elle convient bien au type de bière local, la pils. Les brasseurs utilisent le malt blond de Pilsen naturellement plus acide ce qui permet de réduire le pH et d'arriver dans la fourchette idéale entre 5,1 et 5,5.

A l'inverse l'eau de Dublin est riche en bicarbonates (HCO3) et a une quantité considérable de calcium mais pas suffisamment pour équilibrer le bicarbonate. Ceci a comme conséquence une eau dure et alcaline avec une forte capacité de dosage. L'alcalinité élevée de l'eau rend difficile la production de bière blonde sans une amertume prononcée. En effet l'eau utilisée ne permet pas au pH de la maische à base de malt clair, de baisser suffisamment pour atteindre la plage cible de pH de 5,1 à 5,5. Ce pH élevé induisant l'extraction élevée de composés phénoliques et de tanins amers provenant de l’enveloppe du grain. Un pH inférieur (5,2 à 5,5) optimal pour la maische empêche normalement l’apparition de ces composés dans le produit final.

Mais alors comment cette bière brune est-elle célèbre ? La raison est en fait l'utilisation de malts foncés, dont une des caractéristiques est l'acidité ce qui permet naturellement d'augmenter l'acidité de la maische. L'acidité de ces malts neutralisant le pH élevé de l'eau, le pH de la maische s’abaisse naturellement pour atteindre la plage de pH optimale.

Ainsi une bonne bière foncée ne pourrait pas être brassée dans la région de Pilsen, et des bonnes bières blondes légères allemandes dans la région de Dublin sans l'adjonction rigoureuse de sels minéraux appropriés.

Si l'on souhaite quand même brasser une bière claire avec une eau dure (La dureté est liée à la concentration en calcium et magnésium) il serait préférable de diminuer l'alcalinité résiduelle, ce qui peut se faire de deux manières : en augmentant la teneur en ions Ca ou Mg, ou en ajoutant de l'acide, pour diminuer la concentration en HCO3. L'ajout d'ions Ca se fait généralement en ajoutant du sulfate de calcium (CaSO4) ou du chlorure de calcium (CaCl2).
Les acides les plus utilisés par les brasseurs sont l'acide lactique et l'acide chlorhydrique, certains utilisent aussi du jus de citron. Une autre solution : utiliser du malt acidifiant (Sauermaltz) qui contient naturellement de l'acide lactique pour réduire le pH du moût. Les brasseurs allemands qui respectent la tradition du Reinheitsgebot utilisent ce malt.

Les ions ayant une influence sur le goût :

Carbonate et Bicarbonate (CO3 et HCO3)

Le carbonate ou bicarbonate est très important pour le brassage tout grain, sa concentration détermine en effet l'alcalinité totale de l'eau. Cet ion détermine l'acidité de la maische, si le taux de bicarbonate est trop faible la maische sera acide, en particulier avec l'utilisation de malts foncés qui sont plus acides. A l'inverse si le taux de bicarbonates est élevé l'efficacité sera moins élevée.
Les niveau recommandés sont 25-50 mg/L pour des bières claires et 100-300 mg/L pour les bières plus foncées. On peut réduire le taux de bicarbonate de l'eau en effectuant une ébullition préalable de l'eau d'empâtage, le bicarbonate va se précipiter dans le fond de la casserole. On peut également réduire l’alcalinité et diminuer le pH de la maische avec de l’acide lactique ou phosphorique ou bien en utilisant du malt acide qui contient naturellement de l’acide lactique.

Sodium (Na+)

Le sodium accentue la douceur du malt, donne plus de corps et de sensation en bouche à la bière. Une proportion normale de sodium se situe entre 10 et 70 mg/L, dosage possible jusqu'à 100 mg/L. En excès le sodium donnera un goût salé à la bière et peut aussi donner un côté métallique en combinaison avec d’autres ions, il vaut donc mieux rester sur des concentrations raisonnables et faire varier les proportions de chlorure pour jouer sur la perception du corps. Le sodium n’a pas d’incidence sur le pH.

Chlorure (Cl-)

Tout comme le sodium, l’ion chlorure (Cl-) permet également de renforcer le côté malté et la complexité en améliorant la perception du corps de la bière et la rendant plus douce. Il est généralement présent dans la nature sous forme de chlorure de sodium (NaCl), le sel de table ou de chlorure de calcium (CaCl2). Et c’est sous ces formes minérales qu’il peut être facilement compensé dans le profil d’eau si besoin pour faire varier la perception du corps. Une dose normale se situe entre 50 et 150mg/L et ne doit pas excéder 200 mg/L sous peine d’avoir un goût trop malté et moins stable. Il n’a pas d’incidence sur le pH.
A ne pas confondre avec l’élément chimique chlore utilisé dans le traitement des eaux de ville et dans l'eau de Javel. Si vous avez une eau de robinet très chlorée il est possible de la faire bouillir ou de la puiser d'avance et de la laisser s'aérer avant utilisation, le chlore se dégrade relativement vite. Une concentration en excès peut donner un goût de médicament ou de chlore dans la bière finale.

Sulfate (SO42-)

Le sulfate permet d'accentuer l'amertume du houblon en faisant ressortir une pointe d'amertume sèche et le profil houblonné dans les bières bien houblonnées. Il n’a pas d’incidence sur le pH. En excès le sulfate cause une amertume astringente indésirable. Le taux normal se situe entre 10 et 50 mg/L pour les blondes légères et entre 30 et 70 mg/L pour les bières les plus courantes. On retrouve des taux de 100-150mg/L dans les styles de bières plus houblonnées ou bien dont l'amertume est à mettre en avant.

Calcium (Ca2+)

Le calcium joue plusieurs rôles pendant le brassage, il aide à diminuer le pH en réagissant avec le phosphate contenu dans le malt et stabilise l’alpha amylase à haute température. Il favorise la précipitation des protéines pendant l'ébullition du moût, c'est un nutriment utile aux levures et plus tard il permet d'améliorer la stabilité de la bière. Le taux de calcium fortement désiré est de 100 mg/L, la fourchette de concentration adaptée à la bière se situe entre 50 mg/L (pour les bières légères) et 150 mg/L. Il serait préférable d'utiliser des additifs comme le gypse (CaSo4) si votre eau se situe sous le taux de 50 mg/L de calcium.

Magnésium (Mg2+)

Le magnésium est un nutriment essentiel pour la levure s'il est utilisé à faible dose. Comme le calcium il contribue aussi à la dureté de l'eau. Les dosages entre 10 et 30 mg/L sont désirables, principalement pour sa fonction de nutriment pour levure. Mais en excès, au dessus de 50 mg/L, il donnera de la sécheresse, de l'astringence et de l'acidité à la bière. Le malt apporte par lui-même la dose minimum vitale (5 mg/L) nécessaire de magnésium pour les levures si l’eau en est dépourvue, mais il peut être bénéfique aussi pour le goût de la bière d’apporter un peu de magnésium sous forme de minéraux (sel d’epsom - sulfate de magnésium MgSO4) si sa concentration est trop faible.

Traitement de l'eau

Quelques petites règles avant de commencer : connaître l’analyse chimique de son eau et savoir pourquoi on veut la modifier. Si la qualité convient il vaut mieux ne rien toucher sans bien se renseigner sur le sujet au préalable.

Mais pourquoi traiter son eau, et quand ?

La composition de l'eau n'est pas du tout la même partout. Certains auront la chance d'avoir une eau adaptée à tous les types de bières, d'autres moins chanceux ne pourront en brasser qu'un nombre réduit. La composition de l'eau et la couleur de la bière sont en quelque sorte liés.

Ajustement de l’eau pour le brassage en extrait de malt

- Pré-traitement : pour éliminer les odeurs ou goûts de chlore, soufre, métal passer l'eau dans un filtre ou adoucisseur.
- Affinement des goûts : sulfates pour l’amertume des houblons, sodium/chlorure pour accentuation du goût de malt.
- Ajustement du pH : si l'eau est très carbonatée, ajout de calcium ou acide pour baisser le pH.

Ajustement de l’eau pour le tout grain

- Le calcium, magnésium, et le bicarbonate contrôlent l’alcalinité résiduelle.
- L’alcalinité résiduelle combinée avec les malts détermine le pH du moût.
- Le pH du moût a une influence sur la conversion enzymatique, la fermentabilité, la clarté et le goût.
- Affinement des goûts : sulfates pour l’amertume des houblons, sodium/chlorure pour accentuation du goût de malt.

Alcalinité Résiduelle (AR)

- Le pH du mout est l’effet final de la dureté, de l’alcalinité et des malts.
- Alcalinité Résiduelle = alcalinité (CaCO3) - (Ca2+/3.5 + Mg2+/7)
- Une haute AR est plus bénéfique pour des bières sombres
- Une basse AR est plus bénéfique pour des bières plus claires

Neutralisation de l’alcalinité

- L’alcalinité peut aussi être neutralisée en ajoutant de l’acide au moût (acide lactique à 88% = 11.8 mEq/ml)
- Diviser l’alcalinité par 50 = mEq/L exemple 225 mg/L / 50 = 4.5 mEq/L
- Si le volume de l’eau de brassage est de 15L,15x4.5 = 67.5 mEq d’acide sera nécessaire.
- Avec l’acide lactique : 67.5/11.8 = 6ml seront nécessaire pour corriger l'alcalinité.

Ratio Chlorure / Sulfate

Nous avons vu que l’ion chlorure permet de renforcer l’aspect malté d’une bière en modifiant la perception de la rondeur en bouche. L’ion sulfate permet lui d’accentuer les arômes de houblon et l’amertume ce qui amène à percevoir un résultat plus sec et propre.
Le ratio Sulfate / Chlorure permet de vérifier l’équilibre des concentrations entre ces deux minéraux en fonction de la perception voulue qui dépendra bien évidemment du style de bière à réaliser. Il suffit de diviser la quantité en mg/L (ou ppm) du sulfate par celle des ions chlorure.
Exemple avec l’eau de Paris : 19/19=1 ce ratio est de 1 donc il est bien équilibré entre la perception du corps et des arômes de houblon. Un ratio inférieur à 1 favorisera la perception du côté malté tant dis qu’un ratio supérieur à 1 favorisera la perception de l’amertume.
John Palmer a sorti un tableau récapitulatif de ce ratio :

  • 0-0.4: trop malté
  • 0.4-0.6: très malté (German lager)
  • 0.6-0.8: malté (stout)
  • 0.8-1.5: équilibré
  • 1.5-2.0: assez amer
  • 2-4: amer (pale ale)
  • 4-9: très amer (IPA)
  • 9+: trop amer

Pour faire varier les teneurs en minéraux on pourra utiliser des sels comme le chlorure de calcium (CaCl2) ou bien du sulfate de calcium (gypse CaSO4), en fonction du style de bière à réaliser.

Outils d'aide au traitement de l'eau

Pour corriger les principaux ions, les brasseurs ont recours à des additifs dont les plus courants sont : le sel (NaCl), le gypse ou sulfate de calcium (CaSO4), le chlorure de calcium (CaCl2), le sulfate de magnésium ou sel d'Epsom (MgSO4), le bicarbonate de sodium (NaHCO3) et la craie ou carbonate de calcium (CaCO3).

Le dosage de ces additifs reste quand même assez compliqué, c'est pourquoi il est recommandé de doser avec prudence en s'aidant de divers outils en ligne ou bien de Beersmith.

Exemples avec la page Brewer’s friend

L'outil en ligne Brewer’s friend mash-chemistry-and-brewing-water-calculator est de mon point de vue un des plus aboutis, il est même possible de sauvegarder ses profils pour réutilisations futures. Une aide est disponible en bas de la page et détaille les différentes rubriques et champs à remplir. C'est en anglais mais pour bien comprendre et maitriser le traitement de l'eau les ressources sont très souvent en anglais donc un petit effort de traduction sera vite récompensé.

Voici un tutoriel avec deux exemples de recettes et d'adaptation de profil d'eau en fonction du style brassé. Ces exemples ne couvrent pas tous les usages possibles de cet outil qui offre de nombreuses fonctionnalités, la documentation en bas de sa page détaille tout ce qu'il est possible de faire.

Pale Ale : retrouver l'exemple en ligne

Pale ale faite avec l’eau de la source de la Butte aux Cailles, cette eau est globalement peu minéralisée et contient moins de bicarbonates et de Calcium que l’eau de Paris, elle convient assez bien pour réaliser les bières claires. Pour commencer on remplit les différents volumes d’eau utilisés dans la section Water Volumes.

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On remplit ensuite le profil d'eau dans la section Source Water. L'analyse détaillée du profil d'eau de ville est normalement fournie par chaque municipalité on retrouve aussi quelques informations sur le site du Ministère de la santé ou sur mon eau de brassage.

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Dans la section Water Target Selection je choisis un profil « light colored and hoppy » qui charge une présélection de concentration en ions pour obtenir un profil d’eau adapté à un profil de bière houblonnée comme une Pale Ale. J’augmente un peu le taux de Calcium et le magnésium toujours utile à la levure et je baisse un petit peu la cible de sulfate pour éviter un résultat trop amer.

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Ensuite je réalise les ajouts de gypse, sel d’epsom et chlorure de calcium afin de m’approcher le plus possible du profil d’eau désiré. Par chance cela colle assez bien au profil désiré, ce n’est pas toujours le cas il faut tâtonner un peu pour trouver les bons dosages.

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Il n’y a pas de malts torréfiés dans la recette, qui naturellement compenseraient le bicarbonate par leur coté acide. Pour compenser l’alcalinité (principalement le bicarbonate) j’utilise généralement du malt acide et également une acidification de l’eau de brassage et de rinçage, ici à l’acide phosphorique sur les bières blondes et ambrées. On renseigne les différents malts utilisés dans la recette dans la section Grist Info, le malt acide à toute son importance puisqu’il participe à la neutralisation de l’alcalinité.

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Il faut donc également renseigner dans la section Acid Additions le type d’acide, la quantité et la force si besoin d’ajouter de l’acide. Le but étant d’obtenir la valeur de HCO cible du profil d’eau voulu, ici on ne veut pas de bicarbonate, il n’y a pas de grains torréfiés dans la recette donc le seul moyen de compenser cette valeur c’est d’utiliser une eau sans bicarbonate (ce qui n’est pas mon cas) ou d’utiliser un acide, la dose d’acide dépend donc de cette alcalinité à compenser. Dans cet exemple 5ml d’acide phosphorique à 75 % sont nécessaires en complément des 150g de malt acide de la recette. J’aurai également pu n’utiliser que de l’acide ou que du malt acide. L’intérêt d’utiliser les deux c’est que l’eau de rinçage est aussi traitée et cela évite une augmentation du pH au rinçage ce qui peut extraire des tanins lors de la filtration.

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La section Mash Report permet de vérifier que le pH à l’empâtage est bien compris dans la cible entre 5,2 et 5,6 que les teneurs en minéraux sont dans les normes et de voir le ratio sulfate/chlorure ici on est sur un ratio amer qui correspond bien au style Pale Ale.

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Stout : retrouver l'exemple en ligne

Oatmeal Stout fait avec l’eau de Paris, cette eau convient assez bien pour réaliser des bières brunes parce qu’elle est assez chargée en calcium et bicarbonate. Pour commencer on remplit les différents volumes d’eau utilisés dans la section Water Volumes.

stout1_volumes

On remplit ensuite le profil d'eau dans la section Source Water. L'analyse détaillée du profil d'eau de ville est normalement fournie par chaque municipalité on retrouve aussi quelques informations sur le site du Ministère de la santé ou sur mon eau de brassage.

stout2_profileau

Dans la section Water Target Selection je choisis un profil «London (Porter, dark ales) » ou bien « Dublin (Dry stout) » qui charge une présélection de concentration en ions pour obtenir un profil d’eau adapté à un profil de bière noire comme un Stout ou une Porter, les profils sont assez similaires de toute façon ici je serai limité par la teneur en bicarbonates de l’eau de Paris que j’adapte donc, je ne vais pas en rajouter.

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Ensuite je réalise un petit renfort de sel de table et de sel d’epsom pour augmenter un peu le sodium, le sulfate et le chlorure afin de m’approcher le plus possible du profil d’eau désiré. Par chance l’eau de Paris colle déjà assez bien au profil de l’eau de Londres, ce n’est pas toujours le cas il faut tâtonner un peu pour trouver les bons dosages.

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Les malts torréfiés sont naturellement acides du coup il est important de bien renseigner la section Grist Info, cela va notamment servir à estimer le pH de la maische et naturellement compenser le taux de bicarbonate important. C’est pour cela que les eaux chargées en bicarbonate correspondent bien au brassage des bières noires plutôt que les bières blondes et il n’y a généralement pas besoin de compenser par un ajout d’acide ou de malt acide.

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La section Mash Report permet de vérifier que le pH à l’empâtage est bien compris dans la cible entre 5,2 et 5,6 que les teneurs en minéraux sont dans les normes et de voir le ratio sulfate/chlorure ici on est sur un ratio malté qui conviendra bien au style Oatmeal Stout qui demande un peu de rondeur.

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