Mesure de la capacité totale d’un fût – Optimisation de remplissage

Juil 21, 2023 | Inventaires

La précision de la mesure du volume d’eau-de-vie dans un fût est étroitement liée à la précision de la mesure de la capacité totale du fût. Cet article résume les différentes méthodes de détermination de la capacité totale d’un fût. Il met en évidence l’impact du choix de chaque méthode sur la précision de cette mesure. 
Il aborde également la notion d’optimisation de remplissage des fûts, compte tenu des variations de température dans un chai.

Les différentes méthodes de détermination de la capacité totale d’un fût

Pour déterminer la capacité totale d’un fût, il existe deux méthodes courantes :

  • Par calcul à partir de formules qui prennent en compte différents paramètres du fût.
  • Par épalement à l’eau ou à l’eau de vie avec volucompteur et/ou balance.

1- Les méthodes par calcul

Pour calculer la capacité d’un fût, il existe différentes formules   https://fr.wikipedia.org/wiki/Tonneau_(formules).
Les plus précises utilisent la longueur intérieure entre les 2 fonds du fût (L), le diamètre intérieur des fonds (d) et le diamètre sous bonde (D).

Exemple pour un fût dont la courbure des douelles est parabolique, alors la capacité totale “V” est donnée par cette formule :

Un autre calcul est proposé dans le barème de jaugeage parfait de M. PRUVOST-LE GUAY.

Ce barème, qui remonte à 1899, est toujours largement utilisé par les professionnels des spiritueux pour déterminer le volume d’un fût à partir de sa capacité totale et de son diamètre sous bonde.

Le calcul de capacité totale, proposé dans ce document, fait intervenir la diagonale (c), le diamètre moyen (moyenne entre le diamètre intérieur des fonds (d) et le diamètre sous bonde (D)). Le calcul commence par déterminer la longueur (L), puis la circonférence et enfin la capacité totale du fût.
Si “d” n’est pas connu, il n’est pas possible d’utiliser le calcul proposé dans ce barème.

Qu’il s’agisse de la formule utilisant une forme parabolique pour les fûts ou celle du Triple carnet de Recensement, les deux méthodes ont un inconvénient majeur pour déterminer la capacité totale d’un fût : Il est indispensable de connaître la distance (L) entre les 2 fonds. En effet, une fois le fût monté, il devient difficile d’estimer précisément le diamètre intérieur des fonds “d” et la longueur intérieure “L” entre les fonds.

Pour les fûts stockés “debout”, s’ils sont percés d’un trou de bonde sur un des fonds, dans ce cas il est possible de déterminer “L”, longueur sous la bonde. Par contre, il est difficile d’estimer “D”, sauf si ce sont des anciens fûts destinés à être stockés couchés et pour lesquels “D” avait été mesuré avant de boucher le trou de bonde.

Pour estimer la capacité totale des fûts destinés à être stockés “couchés”, ne connaissant ni “L” ni “d” et  sans faire appel à un épalement, il existe 2 méthodes : une par calcul et une faisant intervenir une jauge dite “jauge cognaçaise”.

Ces 2 méthodes font intervenir la mesure de la diagonale (C), distance entre le milieu du trou de bonde juste sous la douelle, au point le plus éloigné de ce trou.

La mesure de C permet d’utiliser soit la formule dite “des douanes” ou une jauge spécifique qui renvoie le calcul de la capacité totale du fût.

Formule dite “des Douanes”

          Vt = 0.625 * C3

Cette formule a l’avantage de ne nécessiter qu’une seule mesure : la diagonale (C).
A notre connaissance, elle n’est citée dans aucun document officiel. Il n’y aurait donc pas d’obligation légale à l’utiliser.

La Jauge  dite “Cognaçaise”

Dans la région de Cognac, il est commercialisé une jauge inox, gravée sur une face en cm pour la mesure du diamètre sous bonde et en litre sur l’autre face pour la correspondance avec la capacité totale du fût.

Bien que cette jauge soit délivrée sans certificat d’étalonnage et sans fiche technique, elle est en pratique très utilisée.
A notre connaissance, il n’existe pas de règlementation “métrologique” à ce sujet.
La circulaire des douanes établissant les règles de contrôle permettant de s’assurer de l’exactitude des contenances partielles ou totales des récipients ne mentionne pas l’usage de cette jauge (1).
Certaines jauges sont même fabriquées sur mesure par leurs utilisateurs.

EC Consulting a retrouvé la formule utilisée par la jauge dite cognaçaise:
C’est un calcul polynomial, comme celle de la formule des douanes, mais de type: a*C3 + b*C2 + c*H + d et non a*C3.

Estimation de la capacité totale des fûts couchés: Formule des Douanes ou Jauge cognaçaise ?

EC Consulting a étudié l’impact de la forme des fûts sur la justesse des mesures de capacité totale données soit par la formule des douanes, soit par la jauge dite “Cognaçaise”.

A ces fins, pour des capacités totales de fûts allant de 225 à 500 L, nous avons fait varier les dimensions de la diagonale (C) dans des plages de valeurs qui nous ont été fournies soient par des tonneliers, soient à partir de mesures en chai.
Les capacités totales ont été recalculées à l’aide de la formule des douanes ou celle de la jauge.
Nous avons ensuite comparé les résultats obtenus par ces 2 calculs à la capacité théorique et entre eux.
Les résultats de ces calculs sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Il ressort de cette étude que la jauge cognaçaise donne des résultats de capacité totale systématiquement très inférieurs à ceux obtenus avec la formule des douanes.
Toutefois, selon la longueur de la diagonale, la capacité totale est plus proche soit avec la formule des douanes, soit avec la jauge:
Quelle que soit la capacité des fûts, la formule des douanes est plus proche de la capacité théorique pour des diagonales plus faibles.
Ce qui traduit le fait que la formule dite “des douanes” est plus adaptée aux fûts ayant une forme plus  “ventrue”.

Conclusion

Pour calculer la capacité totale d’un fût, la formule des douanes et celle de la jauge cognaçaise ne peuvent pas être utilisées sans discernement.
Les résultats de nos calculs, résumés dans le tableau précédent, aident à choisir la bonne formule selon la capacité totale du fût et la mesure de sa diagonale.

2- Estimation de la capacité totale des fûts par épalement

L’épalement consiste à remplir le fût avec de l’eau ou de l’eau-de-vie pour en déduire la capacité totale.
Lors du remplissage, la mesure peut se faire par pesée ou à l’aide d’un volucompteur.
Dans les 2 cas, remplissage à l’eau ou à l’eau de vie, si le remplissage se fait bien juste en dessous du trou de bonde, le volume trouvé avec le volucompteur correspond à la capacité totale du fût.
La précision de la mesure dépendra uniquement de la précision du volucompteur.
Par contre, si la mesure se fait par pesée, il est nécessaire de prendre en compte la masse volumique du produit utilisé pour le remplissage.

Epalement à l’eau

Avantage
– Si le remplissage se fait par pesée, avec une eau dont la température est comprise entre 15 et 25°C, le volume qui se calcule à partir de la masse volumique (masse pesée divisée par la masse volumique de l’eau) correspond directement à la capacité totale du fût. En effet, la température a moins d’effet sur la dilatation de l’eau que sur une eau-de-vie et donc sur sa masse volumique.
Exemple : pour un fût de 450 L, entre 15 et 25°C, cet écart est au maximum de 0.5L.

Inconvénients
– L’eau doit être exempt de tout contaminant, dont le chlore. Celui-ci peut réagir avec les tanins du bois et former des chlorophénols précurseurs des fameux “Goûts de bouchon”.
– L’évacuation de l’eau nécessite une manutention supplémentaire.
– Cette eau peut être réutilisée pour plusieurs épalements, mais doit être “surveillée”, car elle n’est pas microbiologiquement très stable.
– Elle se charge en tanins et son évacuation peut poser un problème de retraitement spécifique.

Epalement à l’eau-de-vie

Avantages
– Le fût ne nécessite pas d’être vidé après épalement.
– Pas de risque de contamination.

Inconvénient
– Si le remplissage se fait par pesée, le volume qui se calcule à partir de la masse volumique (masse pesée divisée par la masse volumique à température du produit) doit être corrigé de la température.
Exemple : Pour un fût de 450 L, rempli avec une eau-de vie à 65% vol., dont la température est entre 15 et 25°C, cet écart est au moins de 2L.
Pour une bonne précision, il faut mesurer la masse volumique à température du produit où la déduire de la mesure du TAV brut.

Dans tous les cas, ces 2 méthodes d’épalement peuvent donner une estimation de la capacité totale d’un fût au litre près, mais uniquement si les outils de mesure sont sous contrôle métrologique.
Que ce soit une balance ou un volucompteur, cela implique au moins un contrôle par an par un organisme compétent dans la gamme de mesure souhaitée et des contrôles réguliers pour vérifier que l’outil ne dérive pas.

Conclusion sur les 2 méthodes de détermination de la capacité totale des fûts : Par calcul ou Epalement ?

Lorsque les données de mesure intérieure des fûts ne sont pas suffisamment renseignées, l’épalement est une méthode qui sera plus précise.
Cependant, elle nécessite du temps et de l’énergie. De plus, dans la pratique, la maîtrise de la précision des outils à mettre en œuvre pour réaliser un épalement que ce soit à l’eau ou à l’eau-de-vie sera déterminante sur la précision du volume mesuré.

3- Estimation et optimisation du volume dit “de remplissage”

Pour optimiser sa capacité de stockage en fût, tout en ne risquant pas le débordement, il est nécessaire de déterminer le “creux” à laisser au moment du remplissage d’un fût. Cette marge de remplissage est indispensable pour tenir compte de la dilatation ou contraction des eaux-de-vie, phénomènes qui dépendent du taux d’alcool et de la température. Voir l’article “Détermination du facteur de Contraction ou de Dilatation du volume”.
Dans la pratique, le creux laissé est à quelques cm en dessous du trou de bonde : entre 3 et 5cm suivant la capacité du fût. Mais est-ce suffisant ?

Des calculs réalisés avec l’application “Inventaire automatisé” ou encore la Boxette “Recensement” suivi de la Boxette “Conversion de volume” sur le site Labox alcoométrie (*), nous a permis de vérifier qu’une variation de température d’un volume d’eau-de-vie en fût, de 5°C et 30°C, peut engendrer jusqu’à 3% de variation de volume.

Exemple pour un fût de 400L, diamètre sous bonde de 81cm, rempli avec une eau-de-vie à 68% vol. en laissant un creux de 5cm, le volume occupé par l’eau de vie est de 394.5 L :

– Remplissage à 5°C, en passant à 20°C, le volume sera de 399.9 L, donc le niveau arrivera juste sous le trou de bonde, à température plus élevée, le fût débordera.
– Remplissage à 10°C, en passant à 20°C, le volume sera de 398.1 L,  le niveau arrivera juste sous le trou de bonde à 25°C, à température plus élevée, le fût débordera.
– Remplissage à 15°C, en passant à 20°C, le volume sera de 396.3 L,  le niveau arrivera juste sous le trou de bonde à 30°C, à température plus élevée, le fût débordera.

Conclusion :
Pour un fût de 400L, pour un remplissage avec une eau-de-vie à 68% vol. dont la température est supérieure à 15°C, un creux de 3cm risque de conduire à un débordement si la température du chai monte à plus de 20°C, 5cm est suffisant.

Attention, si les pleins sont faits au taux dit de “remplissage”, juste avant les inventaires physiques, ce volume devra être converti à 20°C, avant de calculer le volume d’alcool pur (TAV à 20°C * Volume à 20°C /100).

(*) Pour faciliter et fiabiliser les calculs, les Boxettes de Labox proposent des conversions automatisées.
Ces conversions sont effectuées conformément à la Table II de l’annexe 1 de la Recommandation R022-f75 de l’O.I.M.L, table officielle de conversion des masses volumiques.
Elles se font avec 2 décimales en % vol. pour le T.A.V. et avec une décimale supplémentaire par rapport au Guide d’alcoométrie pour le facteur de correction.
L’application “Inventaire automatisé” permet d’effectuer ces conversions et calculs pour un grand nombre simultané de contenants.

  1.  CIRCULAIRE N°08.00.340.001.1 RELATIVE AUX RECIPIENTS-MESURES

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