Pour répondre aux besoins de contrôle de production interne, cet article présente les différentes méthodes et équipements de mesure du taux d’alcool dans les boissons alcoolisées.
Il guide dans le choix de la méthode la mieux adaptée aux objectifs, qu’il s’agisse du type de boisson à analyser, de la précision du résultat souhaité, du délai de réponse, de la fréquence des analyses, de la qualification des opérateurs ou encore des contraintes budgétaires liées à l’investissement et au fonctionnement.
Rappel de la définition officielle du taux d’alcool
Le Titre Alcoométrique Volumique réel (T.A.V.) d’une boisson correspond au volume d’alcool éthylique contenu dans 100 ml de produit à 20°C, d’où l’unité exprimée en % vol. à 20°C.
- Un vin de 12% Vol. contient 120 ml d’alcool éthylique (Ethanol) dans 1 litre à 20°C.
- Un spiritueux à 40 % Vol. contient 400ml d’alcool éthylique (Ethanol) dans 1 litre à 20°C.
Les 4 principaux principes de mesure du taux d’alcool pour les boissons alcoolisées
- Les mesures directes par densimétrie, (alcoomètre, pycnomètre, balance hydrostatique ou densimètre électronique),
- L’ébulliométrie qui se base sur le point d’ébullition du produit ou la température des vapeurs à ébullition pour en déterminer le taux d’alcool.
- La distillation pour se débarrasser de l’extrait sec, suivie d’une mesure du taux d’alcool sur le distillat par densimétrie. En fonction de certains critères, la distillation peut se faire soit par entraînement à la vapeur, soit par distillation directe.
- L’utilisation d’analyseurs d’absorbance de lumière dans le proche infrarouge (PIR) ou le moyen infrarouge (IRTF).
En ce qui concerne les méthodes par chromatographie gazeuse ou enzymatique, la limite de linéarité de ces méthodes imposent une forte dilution de l’échantillon et donc une forte augmentation de l’incertitude des mesures. Cependant, elles peuvent avoir un intérêt pour des mélanges alcoolisés autres que les spiritueux.
Si vous avez des questions sur ces méthodes et équipements associés, n’hésitez pas à me contacter.
Champ d’application de chaque solution
Pour les 4 principes cités précédemment, il existe différents équipements plus ou moins automatisés.
Ces équipements ont un champ d’application bien défini en termes de type de produit :
Densimétrie : Réservée aux produits contenant peu ou pas d’extrait sec, donc essentiellement les eaux-de-vie.
Ebulliométrie : Réservée aux produits secs et dont le taux d’alcool ne dépasse pas 17% vol. Pour certains produits sucrés une correction de l’impact de la mesure est possible.
Distillation par entrainement à la vapeur : Sans dilution pour tout produit dont le taux d’alcool est inférieur à 25% vol. (Vinaigres, Cidres, Poirés, Bières, Vins, Vins doux, Vins de liqueur, Vins à distiller, Vins de canne, Wash,…). Pour des taux d’alcool supérieur à 25% vol., la méthode nécessite une dilution lors de la distillation. Sinon, la méthode nécessite une dilution lors de la distillation. Se référer à l’article : « Mesure du taux d’alcool – Part 3 : Par Distillation avec Dilution ».
La dilution pouvant entraîner une perte de précision, pour des produits dont le taux de sucres est inférieur à 100g/l, privilégier la méthode par distillation directe.
Distillation directe : Sans dilution pour tout produit dont le taux d’alcool est inférieur à 55% vol. et dont le taux de sucre ne dépasse pas 100g/l. La méthode nécessite une dilution dans les cas suivants : taux d’alcool supérieur à 55% vol. ou taux d’alcool supérieur à 25% vol. et taux de sucres supérieur à 100 g/l. Se référer à l’article : « Mesure du taux d’alcool – Part 3 : Par Distillation avec Dilution ».
Pour des taux d’alcool < 25% vol. et taux de sucres > à 100g/l, privilégier la méthode sans dilution par entraînement à la vapeur.
Proche infrarouge : Réservé aux produits de la gamme développée par les fournisseurs. Certains appareils sont dédiés à un seul type de produit (Vins, Bière, Whisky, ..)
Moyen infrarouge : Réservé aux produits de la gamme développée par les fournisseurs, pour l’instant essentiellement les vins, vins de liqueur, bière et cidre.
Autres critères de choix de la méthode de mesure du Taux d’alcool et de l’équipement associé
Outre le champ d’application, le choix de l’équipement le plus adapté à vos besoins repose sur d’autres critères.
Principaux critères à prendre en compte pour choisir sa méthode de mesure et l’équipement associé :
- La mobilité, l’encombrement et besoins en raccordement (eau, électricité)
- La fréquence des analyses
- Le délai de résultat
- Equipements pour la préparation des échantillons à l’analyse
- La qualification et le temps de disponibilité de la personne en charge du matériel
- La qualification des opérateurs
- Le budget d’investissement
- Le budget de fonctionnement
- La réactivité et l’efficacité du service après-vente du fournisseur
Orientations pour le choix selon la méthode et les équipements
A la fin de cet article, vous trouverez 2 guides pour vous orienter vers le choix de la méthode et des équipements les plus adaptés à du contrôle de production interne, en fonction de vos besoins et de vos contraintes :
Le tableau N° 1 qui résume le champ d’application pour chaque méthode et en fonction du type de produit. Il donne des indications sur les points forts et les limites de chaque méthode, par type d’équipement. Il fait part de quelques recommandations spécifiques.
Le tableau N°2 qui présente, à titre indicatif, par méthode et en fonction du type de produit, un niveau de performance de certains critères de choix.
Concernant les budgets d’investissement et de fonctionnement mentionnés dans ce tableau, les fourchettes de prix sont données à titre indicatif, basées sur les données recueillies auprès des principaux fournisseurs de ces équipements.
Les coûts de fonctionnement annuels excluent l’électricité, l’eau, les frais de personnel, et les contrats de maintenance, mais incluent les coûts des autocontrôles, des produits d’entretien et du remplacement des pièces d’usure normale.
Le chapitre suivant décrit plus précisément les principes de chaque méthode et des équipements associés, pour des mesures du taux d’alcool dans les spiritueux, leur champ d’application et les contraintes pour assurer un bon fonctionnement.
Méthodes et équipements pour les mesures d’alcool dans les spiritueux
1. Densimétrie : Mesures directes du taux d’alcool par mesure de la masse volumique
Cette méthode est basée sur le principe de corrélation qui existe, pour certains spiritueux, entre la masse volumique et le taux d’alcool : Il est communément admis que lorsque les produits contiennent peu ou pas d’extrait sec, ils peuvent être assimilés à un mélange hydroalcoolique. Dans ce cas, la mesure de masse volumique est corrélée à la mesure du titre alcoométrique volumique (T.A.V. exprimé en % volume d’éthanol). La table officielle à laquelle il est nécessaire de se référer pour passer de la masse volumique au T.A.V. ou inversement, correspond à la Table II publiée dans la Recommandation R22 de l’Organisation Internationale de Métrologie Légale (O.I.M.L.) (1).
Pour quels produits ?
Comme la grande majorité des boissons alcoolisées contiennent de l’extrait sec, la mesure directe du T.A.V. par densimétrie ne s’applique qu’aux produits distillés (eaux-de-vie ou mélanges à base d’alcool sans ajout de produit sucré), justifiant ainsi l’utilisation d’appareils de mesure de masse volumique comme les alcoomètres et les densimètres électroniques.
Quelle quantité d’extrait sec ne pas dépasser dans les eaux-de-vie ?
La quantité d’extrait sec à prendre en compte dépend du taux d’alcool.
Pour une mesure du taux d’alcool dont l’incertitude doit être inférieure à 0.05% vol., les calculs conduisent aux résultats suivants (2) :
– Pour une eau-de-vie à 70% vol., l’extrait sec doit être inférieur à 0.2g/l.
– A 40% vol., l’extrait sec doit être inférieur à 0.1g/l.
Les mesures densimétriques dans les spiritueux se font essentiellement à l’aide d’alcoomètres ou de densimètres. Les 2 prochains paragraphes détaillent le principe de ces méthodes.
Il n’est pas abordé les mesures par pycnométrie, ni celles par Balance hydrostatique qui sont des équipements peu recommandés pour du contrôle de production interne des spiritueux.
1.1 Les alcoomètres
Principe de la mesure :
L’alcoomètre fonctionne selon le principe d’Archimède : plus la masse volumique du liquide est faible et plus l’alcoomètre s’enfonce. Les alcoomètres sont étalonnés directement en % vol. d’alcool. Il suffit donc de lire la graduation au niveau du liquide. Comme ces appareils sont étalonnés pour des mélanges hydroalcooliques à 20°C, il est nécessaire de relever la température au moment de la mesure pour ramener la valeur lue d’alcool à 20°C. La conversion se fait à l’aide de tables d’alcoométrie ou encore des applications informatisées, comme la Boxette « Conversion alcoométrique« .
- Version : Les alcoomètres existent dans différentes versions suivant les plages de mesure souhaitées. Pour une bonne précision nécessaire en cas d’utilisation réglementée comme de contrôle du stock d’alcool, les transactions d’achat-vente d’eaux-de-vie, il est indispensable de s’équiper d’alcoomètres professionnels de classe II. Ceux-ci doivent respecter la Recommandation R44 de l’Organisation Internationale de Métrologie Légale (3) et tout particulièrement être gradués de 10 en 10 % vol., étalonnés à 20°C et livrés avec un certificat de constat de vérification.
- Champ d’application : de 0 à 100% vol..
- Délai de réponse : Analyse en quelques minutes.
- Ergonomie : Même si le principe d’utilisation parait simple, il est nécessaire d’être bien formé à l’utilisation et l’entretien des alcoomètres (4).
- Précision : Les alcoomètres professionnels sont précis à +/- 0.1% vol.. En respectant les bonnes pratiques de manipulation et d’entretien (4), la précision peut atteindre +/- 0.05% vol..
1.2 Les densimètres électroniques
Principe de la mesure :
Le principe consiste à mesurer la période d’oscillation d’un tube contenant l’échantillon, lui-même soumis à une excitation électromagnétique. La période d’oscillation dépend de la masse volumique. La température de l’échantillon est prise dans le tube. Un calculateur permet de donner directement le résultat de la masse volumique de l’échantillon à 20°C.
- Versions : Les densimètres électroniques existent en version portable ou de « paillasse ». La version portable permet de réaliser des mesures directement dans les chais ou au pied d’un camion, à réception d’un lot. Contrairement aux appareils de paillasse, ils ne régulent pas l’échantillon à 20°C. Ils ont leurs propres formules pour convertir la masse volumique en% vol. d’alcool et afficher le résultat directement à 20°C.
Certains des appareils portables permettent de scanner un code barre d’identification du contenant pour l’associer à la mesure et transférer les données dans des fichiers Excel.
Les appareils de « paillasse » en régulant la température de l’échantillon à 20°C, offre une meilleure précision. Pour certains, il est possible d’y ajouter un passeur d’échantillon. - Champ d’application : de 0 à 100% vol. d’alcool. Les versions les plus récentes permettent des utilisations dans des conditions de température assez larges de 0 à 30°C.
- Délai de réponse : Analyse en quelques secondes.
- Ergonomie : Assez facile à utiliser pour un opérateur consciencieux. Certains appareils permettent d’y ajouter une rallonge de prélèvement de plusieurs dizaines de centimètres.
- Précision : Bien que la précision annoncée soit en général de +/- 0.3% vol., en respectant les bonnes pratiques de calage, d’utilisation et de maintenance, la précision peut atteindre +/- 0.1% vol..
2. Mesure du taux d’alcool par Ebulliométrie
Bien que ce type de méthode ne se prête pas à la mesure du taux d’alcool dans un spiritueux, j’ai fait le choix d’en décrire le principe car ils sont très pratiques et très utilisés pour analyser des produits fermentés destinés à la distillation (vins, vins de canne,…).
Principe de la méthode :
La température d’ébullition est fonction de la richesse alcoolique et de la pression atmosphérique. Après avoir introduit l’échantillon dans une chaudière, il est porté à ébullition. Un thermomètre relève la température soit du liquide, soit des vapeurs. Pour tenir compte de la pression atmosphérique, il faut porter à ébullition de l’eau pour la version manuelle ou un vin de référence pour la version électrique. Un disque de calcul ou encore la Boxette de Labox « Ebulliomètre » permet de déterminer le T.A.V. de l’échantillon en fonction de la température d’ébullition de la référence (eau ou vin) et de la température d’ébullition de l’échantillon.
- Version : Les appareils existent en version manuelle ou électrique. La version manuelle permet de transporter facilement l’appareil. Dans les 2 cas, Labox met à disposition une Boxette gratuite pour remplacer le disque manuel de calcul : « Alcool à l’ébulliomètre ».
- Champ d’application : Réservé à des produits non sucrés dont le T.A.V. est < à 17% vol..
- Délai de réponse : Analyse en quelques minutes.
- Ergonomie : Assez facile à utiliser pour un opérateur consciencieux.
- Précision : Entre +/- 0.1 et +/- 0.2% vol. Pour atteindre cette précision, voir être un peu meilleur, la précision du thermomètre doit être de 0.03°C et l’échantillon exempt de CO2.
3. Mesure du taux d’alcool par Distillation – Méthode de référence pour toutes boissons alcoolisées
Principe de la méthode :
La distillation a pour but de se débarrasser des composés, autre que l’eau et l’alcool, susceptibles de modifier la masse volumique. Le TA.V. est analysé sur le distillat selon le principe de densimétrie détaillé dans le paragraphe 1 précédent.
En fonction du T.A.V. du produit, il peut être distillé soit par entraînement à la vapeur, soit par distillation directe. Un volume précis d’échantillon est introduit dans une fiole jaugée. Le niveau de la fiole est ajusté après que l’échantillon soit ramené à 20°C +/- 1°C. Il est ensuite transvasé dans le ballon de distillation et distillé. La fiole ayant servie à la prise d’échantillon sert à la récupération du distillat. La distillation est arrêtée un peu avant le trait de jauge. Le volume est ajusté avec de l’eau au trait de jauge, après que le distillat soit ramené à 20°C +/- 1°C et si besoin après dégazage.
Le T.A.V. est mesuré sur le distillat à l’aide d’alcoomètres ou de densimètres électroniques.
- Version : Les équipements de distillation existent en verrerie traditionnelle ou appareils semi-automatisés, avec distillation par entraînement à la vapeur ou distillation directe. Pour les produits dont le taux d’alcool est inférieur à 25% vol., surtout s’ils sont sucrés, il est préférable de réaliser une distillation par entraînement à la vapeur afin d’éviter la pyrogénation dans le ballon à distiller.
Les montages de verrerie sont composés d’un chauffe ballon ou d’un brûleur à gaz, d’un ballon de distillation surmonté d’une colonne rectificatrice et d’un réfrigérant. - Champ d’application : Tout produit en fonction du champ d’application donné par le fournisseur. Dans certains cas, il est possible d’effectuer une dilution pour les produits dont le T.A.V. serait en dehors du champ d’application de l’appareillage. Se référer à l’article : Mesure du taux d’alcool – Part 2 : par distillation avec dilution.
- Délai de réponse : L’analyse peut durer plus de 20mn avec des montages de verrerie classique et quelques minutes avec des appareils semi-automatiques.
- Ergonomie : Exige une formation spécifique et un opérateur rigoureux. Les versions semi-automatisées permettent un réglage automatique de la durée de distillation.
- Précision : entre +/- 0.1 et +/- 0.2 vol. Cependant, la précision des résultats obtenus dépend de nombreux facteurs : performance du montage, température de l’eau de réfrigération, dégazage éventuel de l’échantillon avant distillation, manipulation lors des transferts d’échantillon, ajustement des niveaux avant et après distillation, piégeage de l’alcool du distillat, dégazage des distillats avant mise à niveau,…sans oublier la précision de la mesure du taux d’alcool sur le distillat.
Tests à passer pour valider l’équipement de distillation et la maîtrise des manipulations :
- Pour les produits de T.A.V. < 16% vol. : La performance du montage et la maitrise des manipulations doivent être testées en distillant 5 fois successivement, un mélange hydroalcoolique à 10% vol. La différence de mesure avant et après les 5 distillations de ce mélange ne doit pas dépasser 0.1% vol. (5).
- Pour les spiritueux, la distillation d’un mélange hydroalcoolique proche de 50% vol. ne doit pas provoquer de perte supérieure à 0.1% vol. (6).
Dans les 2 cas, il est recommandé d’analyser le TAV du mélange hydroalcoolique avant et après distillation en même temps, avec le même appareil.
4. Mesure du taux d’alcool avec des analyseurs Proche Infrarouge (PIR)
Principe de la méthode :
Les constituants biochimiques du vin et des spiritueux, en particulier l’éthanol, absorbent la lumière du domaine proche infrarouge, à des longueurs d’onde définies. La mesure consiste à illuminer l’échantillon contenu dans une cellule par des radiations proche infrarouge, et à mesurer l’énergie réfléchie à chaque longueur d’onde. La mesure du T.A.V. nécessite de faire intervenir un calcul des valeurs des énergies réfléchies à des longueurs d’onde spécifiques à chaque instrument.
- Version : Les appareils existent en version automatisée avec un prélèvement semi-automatisé ou entièrement automatisé (passeur d’échantillons).
- Champ d’application : Tout produit alcoolisé en fonction du champ d’application spécifique à chaque appareil.
- Délai de réponse : Analyse en quelques minutes.
- Ergonomie : Plus simple à utiliser qu’un appareil à distiller, il peut être mis à la disposition de n’importe quel opérateur qui respectera les consignes données. Cependant, il est nécessaire de former un responsable à la calibration et à la maintenance.
- Précision : Elle peut atteindre 0.1% vol.. Les mesures avec ces appareils étant en général très reproductibles, la précision des mesures va dépendre essentiellement de la précision des mesures réalisées sur les produits ayant permis le développement des calibrations, de celles des produits utilisés pour caler la pente et le biais ou encore de celles des produits utilisés comme autocontrôles.
5. Mesure du taux d’alcool avec des analyseurs Moyen-Infrarouge à transformée de Fourier (IRTF)
Principe de la méthode :
Le matériel met en œuvre un interféromètre qui permet de scanner le spectre infrarouge dans une bande spectrale de 2000 à 10000 nm recouvrant une partie du proche et du moyen infrarouge. La Transformée de Fourrier est une procédure mathématique qui, à partir de l’interférogramme mesure l’intensité du signal en fonction de la longueur d’onde puis reconstitue le spectre infrarouge. Des calibrations spécifiques par type de produit et paramètres sont proposés. Après analyse d’un échantillon, le traitement du spectre permet le dosage simultané de nombreux paramètres dans le champ d’application développé pour ce produit.
- Version : Les appareils existent en version avec semi-automatisé (pompe de prélèvement) ou entièrement automatisé (passeur d’échantillons avec pompe de prélèvement).
- Champ d’application : Peut théoriquement analyser tout produit en fonction du champ d’application développé par le fournisseur. A ce jour, seules les calibrations destinées à l’analyse des moûts en fermentation, vins, cidres ou bières sont proposées en catalogue. Certaines versions d’appareils permettent des développements spécifiques pour les spiritueux.
- Délai de réponse : Analyse suivant le modèle de 30s à quelques minutes.
- Ergonomie : Plus simple à utiliser qu’un appareil à distiller, il peut être mis à la disposition d’un opérateur peu qualifié mais qui respectera les consignes données. Cependant, il est nécessaire de former un responsable à la calibration et à la maintenance.
- Précision : Elle peut atteindre 0.1% vol.. Les mesures avec ces appareils étant en général très reproductibles, la précision des mesures va dépendre essentiellement de la précision des mesures réalisées sur les produits ayant permis le développement des calibrations, de celles des produits utilisés pour caler la pente et le biais ou encore de celles des produits utilisés comme autocontrôles.
ANNEXE : Guides pour le choix de la méthode et de l’équipement associé – Résumé des points forts et limites d’utilisation des équipements de mesure
Tableau N°1 :
Légende du Tableau 1
Mobilité du matériel
* = déplacement non conseillé
** = peut être déplacé sous réserve de la disponibilité des branchements (eau-électricité) indispensables à son fonctionnement
*** = transportable
Fréquence des analyses
* = < 10 analyses à l’heure
** = entre 10 et 20 analyses à l’heure
*** = > 20 analyses à l’heure
Délai de résultat
* = > 20mn
** = entre 5 et 20mn
*** = < 5mn
Qualification des opérateurs
* = une formation minimum à l’utilisation est suffisante
** = qualification niveau technicien
*** = qualification spécifique à l’utilisation de l’appareil
Qualification du responsable de bon fonctionnement de l’équipement (maintenance et contrôle avec des produits « étalons »)
* = Une formation à l’entretien et vérification de bon fonctionnement est suffisante
** = Qualification niveau technicien
*** = qualification spécifique à l’utilisation, contrôle de bon fonctionnement, étalonnage et entretien de l’appareil
(a) Budgets d’investissement et de fonctionnement donnés à titre indicatif
Tableau N°2 – part 1 : Densimétrie – Ebulliométrie – Distillation
Tableau N°2 – part 2 : Analyseurs proche et moyen infrarouge
Je remercie les fournisseurs des équipements analytiques suivants pour leur participation à la rédaction de cet article :
- Dujardin-Salleron, fournisseurs d’appareils de mesure par densimétrie, distillation et Moyen Infrarouge (IRTF)
- Anton Paar, fournisseurs d’appareils de mesure par densimétrie, Proche Infrarouge (PIR) et Moyen Infrarouge (IRTF)
- FOSS, fournisseurs d’appareils de mesures par Moyen Infrarouge (IRTF)
Evelyne CHANSON – Consultante en contrôle qualité des Vins et Spiritueux de EC Consulting
- Recommandation O.I.M.L. R022 -f75 – Tables d’alcoométriques officielles
- Calculs réalisés à partir des formules et abaques du Recueil OIV des Méthodes d’Analyses Internationales des Boissons Spiritueuses (se référer à la Boxette « Extrait sec et obscuration« .
- Recommandation R24 de l’Organisation Internationale de Métrologie Légale.
- Se référer à l’article de ce Blog : « Bonnes pratiques d’utilisation des alcoomètres et maintenance ».
- Recueil International des Méthodes d’Analyses – OIV – Titre alcoométrique volumique – Méthode OIV-MA-AS312-01A.
- Résolution OIV/OENO 379/2009 – Méthode OIV-MA-BS-02.
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