Texture de bulle de bière Guinness dans un verre à pinte, avec le goût crémeux de minuscules bulles et un mouvement de texture fascinant. Crédit : Université d’Osaka
La cascade de bulles ne se forme-t-elle que dans un verre de bière Guinness ?
Des chercheurs de l’Université d’Osaka et de Kirin HD expliquent la physique qui sous-tend le flux en cascade de la bière stout azotée, avec des applications à la purification de l’eau et à la production pharmaceutique.
Dès 1959, les brasseurs de Guinness ont développé un système qui a fondamentalement modifié la texture de leur bière pression. Maintenant, des chercheurs japonais ont résolu la physique du flux en cascade de Guinness, qui aura des applications étendues à la technologie des sciences de la vie et de l’environnement.
Dans une étude publiée récemment dans Examen physique E, des chercheurs de l’Université d’Osaka ont révélé pourquoi les bulles d’azote de la bière pression Guinness s’écoulent de la même manière qu’un fluide.
Les bulles de nombreuses boissons gazeuses qui viennent d’être ouvertes se déplacent simplement vers le haut, selon le principe d’Archimède. Une grande partie de l’attrait de la pression de la bière Guinness réside dans le fait que les bulles coulent et coulent collectivement, appelées « cascade à bulles ». Les brasseurs et les chercheurs pensent que ce comportement de flux collectif doit avoir quelque chose à voir avec la façon dont la bière pression Guinness est distribuée. À l’heure actuelle, la physique du flux collectif n’est toujours pas résolue, ce que les chercheurs de l’Université d’Osaka voulaient résoudre.
Mouvement de bulle dans un verre trapèze : Chaque boisson (de gauche à droite dans chaque panneau, bière Guinness ; bière Heineken ; Champagne ; Coca ; Eau gazéifiée) a été versée dans un verre trapèze. Crédit : Université d’Osaka
“Un large éventail de travaux de laboratoire et de simulations informatiques a été utile pour estimer le mouvement des bulles individuelles et collectives, mais seulement après que le flux s’est produit”, explique Tomoaki Watamura, auteur principal et auteur principal de l’étude, de l’Université d’Osaka. « Nous souhaitons prédire les flux en cascade via la modélisation mathématique, plutôt que les résultats d’expériences ou de simulations après coup. »
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des simulations numériques pour approximer les particules de fluide et de bulle de la bière pression en cascade. Les expériences de travail sur banc consistaient à tester un «fluide pseudo-Guinness» transparent, qui est un mélange de particules creuses ultra-petites dans de l’eau du robinet et de la vraie bière Guinness.
(a) Configuration et instantané de la distribution de la concentration de particules. (b) Comparaison de la distribution des particules simulées (à gauche) et des bulles de bière Guinness (à droite) au milieu. (c) Instantanés d’une vague de concentration de bulles se formant dans : un verre à pinte (en haut à gauche), un verre à cocktail (en haut au centre) et un verre à liqueur de 1 oz (30 ml) (en haut à droite). Diagrammes de phase de la fluctuation de vitesse mise à l’échelle (en bas). Les zones ombrées correspondent aux dimensions typiques des verres. Crédit : Université d’Osaka
« Les résultats de la simulation correspondent aux données expérimentales, sur une large gamme de tailles de verre et d’autres conditions », explique Watamura. « Nous avons développé la simulation de flux en cascade la plus réussie dans la bière Guinness à ce jour. »
Curieusement, les bulles en cascade peuvent ne pas nécessiter une bière stout azotée après tout.
« Le diamètre des bulles et la fraction volumique des bulles dans l’eau gazéifiée, versés dans les dimensions approximatives d’un fût commun de 200 litres avec un angle d’inclinaison, facilitent la formation de bulles en cascade », explique Hideyuki Wakabayashi, Kirin HD. “En outre, le mouvement de fluide associé près d’une paroi inclinée du conteneur concerne le maintien de la qualité du produit pendant le brassage, suggérant une application immédiate de nos résultats.”
En plus de prouver l’optimisation des conditions de brassage, cette recherche a des applications claires à tout travail impliquant des fermenteurs ou l’incubation de cellules. Ainsi, les résultats des chercheurs de l’Université d’Osaka et de Kirin HD peuvent être utilisés pour répondre à divers besoins, tels que la production pharmaceutique à partir de cultures cellulaires à l’échelle industrielle et la purification de l’eau de la ville.
Référence : « Bubble cascade may form not only in stout beers » par Tomoaki Watamura, Kazuyasu Sugiyama, Yuko Yotsumoto, Mihoko Suzuki et Hideyuki Wakabayashi, 7 juin 2021, Examen physique E.
DOI: 10.1103/PhysRevE.103.063103
Financement : Société japonaise pour la promotion de la science
