Utilisation d'un densimètre et correction

Instrument indispensable pour suivre l'avancement de la fermentation, le densimètre mesure la concentration de sucres dans le moût.

Un densimètre est un instrument de mesure de la densité d'un liquide. Cet objet flottant ressemble à un bouchon de pêche à la ligne, gradué le long de son corps et lesté dans le fond afin de le maintenir à la verticale. Il est basé sur le principe d'Archimède qui dit qu'un corps immergé dans un fluide est poussé vers le haut par une force égale au poids du liquide déplacé.
Le densimètre permet ainsi de connaître précisément la concentration de sucres présents dans le moût et dans une bière en cours de fermentation ou qui a fini de fermenter. C'est un instrument indispensable pour le brassage de la bière car il permet de connaître l'avancement de la fermentation.

Les densimètres sont généralement gradués en densité spécifique ou en degrés Plato.

Densité spécifique

Cet instrument de mesure est gradué avec plusieurs échelles, la plus courante est généralement graduée en densité spécifique de 1000 à 1100 voire plus. 1000 étant la densité de référence de l'eau distillée à température d'étalonnage du densimètre (généralement 20 °C). Cette valeur de densité est parfois aussi exprimée sous la forme 1.000 ; une densité de 1050 sera donc notée 1.050.
Le moût contenant des sucres en proportions variables, la densité va être ainsi plus importante que celle de l'eau. On constate généralement des densités de moût avant fermentation allant entre 1040 et 1100 : plus la valeur est élevée, plus le moût est chargé en sucres et plus la bière sera alcoolisée.
Après fermentation, la bière aura toujours une densité plus élevée que l'eau car il y demeure des sucres résiduels qui forment le corps de la bière. La densité finale d'une bière varie selon les types de levures utilisés, la concentration en malt… On y trouve généralement une valeur comprise entre 1005 et 1020 après fermentation.

Plato

Certains densimètres sont gradués sur une échelle de 1 à 20, en degrés Plato (noté °P) qui est une unité permettant d'exprimer le pourcentage en masse d'extrait sec du moût avant fermentation, c'est-à-dire le pourcentage en masse de sucre dissous. Ainsi 15 °P désigne un moût avec 15 % de sucre dissous, soit 150 g par kg de moût. Il existe des outils de calcul permettant de convertir des degrés Plato en densité spécifique car le calcul n'est pas simple ; une approximation facile à retenir consiste à faire points de densité ≈ 4 × Plato (par exemple 15 °P → SG ~1060). Les outils de conversion ci-dessous utilisent les formules officielles ASBC détaillées plus bas.

Conseils d'utilisation

Par commodité et hygiène, il est préférable d'utiliser une éprouvette pour effectuer la mesure sur un échantillon prélevé avec les conditions de propreté qui vont bien. C'est encore plus important si l'on effectue une mesure sur le moût refroidi avant la fermentation ou pour la bière en fermentation afin d'éviter une potentielle infection. Il paraît donc logique de ne pas remettre l'échantillon dans le fermenteur après la mesure.

Par ailleurs, le densimètre est un outil en verre fragile qui n'aime pas trop les chocs et les gros écarts brutaux de températures. Il vaut mieux donc le manipuler avec précaution dans un moût chaud.

Le densimètre étant étalonné à une température précise (généralement 20 °C), il faut également faire attention à la température de la mesure. Une température trop faible aura pour conséquence de rendre le liquide plus visqueux et la densité mesurée paraîtra ainsi plus haute que la réalité. À l'inverse, dans un liquide chaud, le densimètre s'enfoncera plus et faussera la mesure en la rendant plus faible qu'elle ne l'est réellement.

Lecture du densimètre

Remplir presque totalement l'éprouvette avec du moût ou de la bière, puis insérer le densimètre progressivement afin d'éviter d'avoir trop de mousse. Le surplus débordera de l'éprouvette. On peut faire tourner le densimètre sur lui-même et le secouer un peu pour chasser les bulles. L'échantillon doit être dégazé au maximum pour obtenir une mesure précise : le densimètre doit bien flotter verticalement et ne pas coller aux parois.

Une fois stabilisé, on remarquera la présence d'un ménisque à la surface du liquide : la mesure se fait sur la graduation au niveau de la ligne de flottaison du densimètre, sous le ménisque.

Important ! Si la mesure n'est pas faite à température de calibrage du densimètre (souvent 20 °C pour les densimètres modernes et 15 °C pour les plus anciens), il faudra utiliser un outil de correction pour connaître la véritable valeur de densité. Il vaut mieux donc accompagner également la mesure de densité d'une mesure de température.

Pendant le brassage, nous avons souvent à effectuer des mesures sur le moût à haute température. Il serait trop long d'attendre le refroidissement pour faire les mesures à température d'étalonnage. Il existe des outils qui permettent d'effectuer la correction de mesure de densité en fonction de la température de la mesure, mais il faut savoir que cela reste tout de même moins précis que de mesurer l'échantillon à température ambiante ou avec un réfractomètre, surtout si la température de l'échantillon est haute.

Quand utiliser un densimètre ou un réfractomètre ?

Il est conseillé d'avoir les deux outils de mesure à disposition, car ils ont tous les deux leurs avantages et inconvénients. À défaut, il est possible d'utiliser l'un ou l'autre avec l'aide des outils de conversion : il faudra juste partir du principe que les valeurs ne seront pas parfaites, mais cela n'aura pas d'impact sur la bière.

• Pendant la filtration/rinçage des drêches : la mesure de la densité du moût permet de savoir si le brassage et la filtration ont été bien réalisés et d'en déduire l'efficacité du brassage. Si le moût est trop dense par rapport à la densité de pré-ébullition désirée, on pourra poursuivre légèrement le rinçage ; à l'inverse, si la densité approche rapidement la densité de pré-ébullition désirée, on pourra stopper le rinçage afin de rester dans la recette fixée. Mesure plus rapide à faire au réfractomètre car il suffit de quelques gouttes qui vont refroidir quasi instantanément.
• Pendant la cuisson du moût : cette mesure permet de vérifier que le moût est suffisamment concentré par rapport à la recette. Si le moût n'est pas assez concentré, on peut prolonger l'ébullition : attention, ceci aura une incidence sur le plan de houblonnage ! Mesure plus rapide à faire au réfractomètre.
• Avant la fermentation : cette mesure sur le moût refroidi, intitulée Densité Initiale (DI) ou en anglais Original Gravity (OG), est indispensable pour connaître le futur taux d'alcool de la bière. Mesure très précise au densimètre à 20 °C ou au réfractomètre.
• Pendant la fermentation : on peut éventuellement effectuer une ou plusieurs mesures pour vérifier l'avancement, notamment si l'on a un doute sur quand embouteiller. Ceci implique des prélèvements sur le moût en fermentation, qui sont toujours de potentiels risques : attention de travailler proprement. Mesure plus précise au densimètre sur un échantillon dégazé, car l'alcool fausse la valeur mesurée au réfractomètre qu'il faudra corriger.
• À l'embouteillage : cette mesure est indispensable pour connaître le taux d'alcool final de la bière. On parle de Densité Finale (DF) ou en anglais Final Gravity (FG). Mesure plus précise au densimètre sur un échantillon dégazé.

Formules utilisées

1. Conversion densité spécifique ↔ Plato

Formules polynomiales ASBC (American Society of Brewing Chemists) :

SG → Plato (SG divisé par 1000) :
Plato = −616,868 + 1111,14·SG − 630,272·SG² + 135,997·SG³

Plato → SG :
SG = 1 + Plato / (258,6 − (Plato / 258,2 × 227,1))

2. Correction de température

Formule utilisée pour corriger la densité mesurée à une température différente de l'étalonnage :

SGcorrigée = SGmesurée × (D(Tmesure) / D(Tétalonnage))

où D(T) est la densité de l'eau pure à la température T (°F) :

D(T) = 1,00130346 − 1,34722124×10⁻⁴·T + 2,04052596×10⁻⁶·T² − 2,32820948×10⁻⁹·T³

Précision typique : ±1-2 points pour un écart <30 °C. Pour des écarts plus importants, préférer une mesure à froid.

3. Taux d'alcool et atténuation

Alcool par volume (ABV), formule empirique classique :
ABV (%) = (OG − FG) × 131,25

Atténuation apparente :
Atténuation (%) = (OG − FG) / (OG − 1000) × 100

Outils pratiques

• Utilisation du réfractomètre et conversion
• Comment mesurer le taux d'alcool dans la bière ?
• Calculer les taux d'atténuation à partir des densités spécifique ou en °Plato