Sitôt cueilli le raisin est pressé et donne un jus (le moût) dans une limite réglementaire : 4000 kg de raisins contenus dans un pressoir classique ne doivent pas fournir plus de 2550 L de moût. Ce dernier contient 18 % de « sucre » et doit contenir au minimum 7,5 % d’alcool pour l’appellation géographique protégée. L’alcool provient d’une réaction de fermentation naturelle. Pour obtenir un vin de champagne il faut augmenter le taux d’alcool. C’est pour cela qu’on ajoute au moût du sucre et des levures sélectionnées, actuellement commercialisées sous forme sèche. Le sucre ajouté est du saccharose (C₁₂H₂₄O₁₂), à raison de 3,36 kg par hL de moût, qui s’hydrolyse en glucose et fructose, deux molécules isomères de formule C₆H₁₂O₆. Ce moût additionné de sucre est fermentescible (1).

La fermentation est une réaction d’oxydoréduction ⁽ⁱ⁾ réalisée par catalyse enzymatique, selon l’équation-bilan suivante :
C₆H₁₂O₆ = 2 CO₂ + 2 C₂H₅OH

Cette première fermentation est réalisée dans des grandes cuves de 20 mètres de haut et de capacité de plusieurs centaines d’hectolitres. La réaction dégage de la chaleur car elle est exothermique (400 kJ/kg de glucose) et les cuves munies d’un dispositif de régulation de température sont en acier inoxydable, matériau à bon coefficient d’échange thermique (2).

Le vin obtenu titre 11 % en alcool et ne possède pas les qualités organoleptiques suffisantes pour un champagne. C’est pour cela qu’on assemble divers vins issus de plusieurs cépages et qu’on ajoute de nouveau du sucre (25 g/L) pour effectuer une seconde fermentation alcoolique conduisant à un vin qui titre environ 13 % en alcool. Cette seconde réaction est réalisée dans des bouteilles épaisses scellées pour supporter la pression du gaz carbonique formé qui atteint à la fin de la fermentation 4,5 bars (3).

Ouverture d’une bouteille de champagne

Le vin de champagne obtenu est alors une solution hydroalcoolique saturée en dioxyde de carbone dissous en équilibre avec une atmosphère de gaz carbonique. La solubilité du CO₂ dépend de la température ; plus cette dernière est basse, plus le gaz est dissous. On montre que si la température varie de 6°C à 20°C la pression varie alors de 4,5 à 8 bars.

Lorsque l’on veut « faire sauter » le bouchon, le CO₂ se détend brutalement dans l’atmosphère ce qui ne permet pratiquement pas d’échange de chaleur avec l’atmosphère : on parle alors de détente adiabatique ⁽ⁱⁱ⁾. Cette diminution de pression s’accompagne d’une diminution de la température. Ce phénomène est bien connu dans les appareils à faire du froid (réfrigérateurs, climatiseurs par exemple).

Or le dioxyde carbone, sous 1 bar, refroidi jusqu’à -78,5°C reste à l’état gazeux mais au-dessous de cette valeur le CO₂ passe directement à l’état solide (qui est le contraire de la sublimation) on obtient ce qu’on appelle la carboglace ou la neige carbonique.

Quand on débouche une bouteille de champagne « mise au frais » à 6°C, la détente de 4,5 à 1 bar du CO₂ conduit à une température de -77°C donc il reste à l’état gazeux. Mais cette détente refroidit l’atmosphère et la vapeur d’eau qu’elle contient. Il y alors condensation de l’eau en très fines gouttelettes d’eau de taille micrométrique qui diffusent la lumière ambiante pour conduire à une teinte blanchâtre.

Cependant lors qu’on débouche une bouteille de champagne à 20°C, la pression varie cette fois de 8 bar à 1 bar et le CO₂ qui se détend voit sa température atteindre -89°C. On obtient alors du CO₂ solide sous forme de neige carbonique avec des cristaux de glace de taille submicronique. Ces derniers diffusent la lumière ambiante vers les petites longueurs d’onde du spectre visible en donnant furtivement un nuage de condensation bleu azur (3).

Ceci n’est pas visible à l'œil, mais a été filmé avec une caméra rapide dans le laboratoire du Professeur Gérard Liger-Belair de l’Université de Reims. On peut observer aussi une onde de choc éphémère qui se propage dans le nuage bleuté qui disparait totalement par évanescence au bout de 2 ms après le débouchage. Ceci est illustré par une vidéo de 6 mn réalisée aussi à Reims dans l’équipe d’effervescence du laboratoire (4).

Observation des phénomènes lors du débouchage des bouteilles à 6°C (a) et 20°C (b) filmées à l’aide d’une caméra rapide (Phanton Flex, E.-U.) au bout de 1,2 ms après le saut du bouchon de champagne.
Crédits : © Equipe Effervescence avec l’aimable autorisation du Professeur Gérard Liger-Belair de l’Université de Reims.

Ce phénomène d’onde de choc est bien connu en aéronautique et dans le spatial car il existe dans le sillage des avions et des fusées volant à des vitesses supersoniques sous forme de « disques de Mach » du nom du physicien et philosophe autrichien Ernst Mach (1838-1916) qui les a mis en évidence la première fois (4).

En conclusion

D’autres phénomènes physicochimiques peuvent être invoqués comme par exemple le pétillement du champagne ou les arômes contenus dans les aérosols des gouttelettes au-dessus des flûtes de dégustation ou les méthodes d’analyse d’authentifications des champagnes.

Je tiens ici à remercier vivement Monsieur le Professeur Gérard Liger-Belair de l’Université de Reims pour avoir accepté de relire cette note et de m’avoir donné l’autorisation d’insérer les deux photographies ci-dessus issues de ses travaux.

Jean-Pierre Foulon

(i) Le glucose est à la fois oxydé en dioxyde de carbone et réduit en éthanol
(ii) La modélisation de la détente adiabatique conduit à la formule : P^1-ϒ T^ϒ = constante où ϒ est le coefficient adiabatique qui dans le cas de CO₂ est égal à 1,3 valeur quasi constante entre 0°C et 20°C.

Pour en savoir plus
(1) Site de l’Union des Maisons de Champagne
(2) Pourquoi y-a-t-il des bulles dans mon champagne ? J.-C. Bernier, Question du mois, décembre 2016, Mediachimie.org
(3) Du terroir à la bulle : la science du champagne, G. Liger-Belair,  L’Actualité Chimique N° 479 (décembre 2022) p 33-41
(4) Pourquoi le champagne pétille ? La réponse de la science qui vous permettra de briller au réveillon, G.Liger-Belair (RTBF, 22 décembre 2023)

 

Dans le cadre du colloque " Chimie et sports en cette année olympique et paralympique " du 7 février 2024 à la Fondation de la Maison de la Chimie, l’équipe de Mediachimie.org vous propose de tester vos connaissances au travers d'un quiz ludique et instructif.

À vous de jouer !

Depuis sa création en 1976, la mission dans laquelle s'engage Decathlon est de rendre accessible le plaisir et les bienfaits du sport à tous les sportifs. Qu’ils soient experts ou débutants, c’est en guidant la conception, le développement et la production d’une vaste de gamme de produits sportifs que Decathlon satisfait les besoins des sportifs.

Decathlon investit massivement dans la recherche et le développement au service de l’innovation, de la performance et du développement durable. Des équipes dédiées d’ingénieurs et designers travaillent en collaboration étroite avec les pratiquants et sur les terrains les plus exigeants. La prise en compte et l’interprétation quotidienne de ces retours d'expérience sont intégrés dans le processus de développement, permettant d'ajuster et d'améliorer constamment les produits en fonction des besoins réels des sportifs.

Le travail avec des sportifs de haut niveau permet de comprendre et de repousser les limites de la technologie. La performance de ces produits révolutionnaires ont déjà permis à ces sportifs de décrocher des médailles dans de nombreuses disciplines comme l’athlétisme, le trail ou encore le tennis.

Decathlon utilise la chimie de manière innovante afin d’améliorer la performance de ses produits, en particulier en ce qui concerne les matériaux utilisés. Les chaussures de sport de Decathlon intègrent des nouveautés chimiques dans la conception des semelles dont les mousses permettent d'optimiser l'absorption des chocs, d'améliorer la stabilité et de garantir un confort maximal pendant l'effort.

Decathlon utilise des textiles techniques issus de développements chimiques pour créer des produits adaptés à différentes conditions météorologiques et offrant des performances optimales en termes de légèreté et de résistance. Cette utilisation de la chimie est également essentielle pour assurer la conformité de nos produits selon des standards exigeants visant à garantir la sécurité des collaborateurs et des utilisateurs.

En résumé, la chimie chez Decathlon est également au centre des solutions d'éco‐conception. En explorant des solutions telles que l’utilisation de teinture écologique, de matériaux recyclés et la substitution de substances nocives, l'entreprise s'engage à réduire l'impact environnemental de ses produits pour préserver la nature et créer de la valeur durable tout en maintenant des performances élevées.

Les données transforment notre quotidien. Ces évolutions impliquent la mobilisation de nouvelles ressources et la construction de nouveaux savoirs et savoir‐faire. Le monde de la performance sportive en est un exemple remarquable via l’émergence de technologies embarqués, de capteurs de toutes sortes, le développement de méthodes d’analyses et des investissements financiers conséquents sur ce champ pouvant générer un avantage concurrentiel.

Cette conférence abordera différents exemples concrets d’apports des données dans le sport de haut niveau en se focalisant sur l’estimation de potentiels, le monitoring et l’estimation de risque de blessures ou encore l’analyse de la concurrence. Bien entendu ces apports seront éclairés par l’aspect concomitant des limites inhérentes à l’utilisation de données et d’exemples ayant instaurer la construction d’une culture data éclairée.

Références :
Sedeaud A., Gagner avec les données : comment mettre les données au service du sport de haut niveau. INSEP éditions. 2024.

Les activités sportives, de loisir comme de haut niveau, sont souvent associées à l’utilisation d’un objet qui caractérise le sport en question. Cela peut être une perche, une raquette, un ski ou une planche de surf, toutes les pièces d’un bateau à voile ou d’un vélo, un arc et des flèches, etc. Ces objets sont fabriqués grâce à des matériaux qui ont évolué au cours de l’histoire. Si les performances sportives dépendent très largement des qualités athlétiques des sportives et des sportifs qui les réalisent, elles dépendent également des qualités de ces objets, de leurs propriétés physiques afin qu’elles soient les mieux adaptées aux sports comme aux athlètes. Dans le cas des sports paralympiques, les athlètes sont susceptibles d’utiliser des équipements complémentaires (exosquelettes) pour suppléer certaines fonctions, par exemple des fauteuils ou des prothèses pour la mobilité. Dans tous les cas, plus ces objets seront optimisés, plus les performances seront élevées. On comprend assez rapidement que parmi les propriétés recherchées, certaines sont particulièrement importantes : la légèreté car beaucoup de ces équipements doivent être portés, la rigidité ou la souplesse nécessaire aux gestes souhaités, le stockage d’énergie et sa restitution au meilleur moment pour les athlètes, la résistance afin de supporter les niveaux élevés de contraintes au cours des performances, ou toute combinaison de ces différentes propriétés, pour ne citer que celles‐ci.

On montrera dans cette présentation, en quoi les matériaux composites [1], répondent bien à ces objectifs. Ils sont constitués de composants bien connus : des renforts (principalement des fibres de verre ou de carbone) et des matrices (des colles) qui les associent en un objet macroscopique. En ajoutant les nombreuses méthodes actuelles de fabrication, y compris la fabrication additive (impression 3D) on peut ainsi obtenir avec ces matériaux, des géométries très variées à toute échelle [2], qui permettent une infinie variation de ces propriétés et confèrent des avantages importants aux sportifs qui utilisent ces équipements. Les matériaux composites [3], sont ainsi capables de répondre avec beaucoup d’efficacité aux challenges proposés dans de nombreux sports et handisports afin de contribuer à l’amélioration des performances.

Références :

1. Y. Rémond, J.F. Caron, Les matériaux composites dans le sport, La chimie et le sport, EDP Sciences, pp. 195‐209, 2011
2. M. Baniassadi, M. Baghani, Y. Rémond, Applied micromechanics of complex microstructures, Elsevier, 2023
3. D. Gay, Matériaux composites, 6ème édition, Lavoisier, 2020

Comment garantir une performance optimale pour les athlètes ?

Les matériaux jouent un rôle fondamental dans la conception d'équipements sportifs de performance, influençant directement la qualité, la fonctionnalité, la durabilité et la sécurité des articles utilisés par les athlètes. Il est donc impératif de pouvoir proposer des matériaux innovants permettant de repousser les limites de la performance.

Arkema est un leader français de la chimie de spécialité. Le groupe est organisé en trois segments d’activité : adhésifs, matériaux avancés et revêtements. Via sa branche Polymères de Haute Performance, Arkema est au service des athlètes depuis plus de 40 ans. Partenaire des plus grandes marques, ses matériaux mondialement connus Pebax® et Rilsan® propulsent nombre d’équipements de sport de haut niveau dans de nombreux sport comme la course à pied, le football, le handball, le tennis, le cyclisme, l’athlétisme, le ski ou encore le golf. Chaque composant de ces équipements ayant des besoins spécifiques, nos matériaux sont disponibles sous différentes versions : rigides, renforcés, souples ou de formes mousses : films ou fibres textiles pour couvrir un maximum de besoins.

Au‐delà de la performance, et pour faire face aux préoccupations croissantes liées aux enjeux environnementaux, l’industrie sportive s’adapte pour développer des équipements avec une empreinte environnementale réduite. Arkema s’inscrit parfaitement dans cette démarche puisque les matériaux Rilsan® et Pebax® sont fabriqués à partir d’une ressource végétale : l’huile de ricin, sans compromis de performance et permettant des stratégies d’éco‐conception ou d’approche monomatière facilitant le recyclage. Arkema a également un programme de recyclage nommé Virtucycle® permettant de créer des boucles de recyclage pour régénérer des matériaux après leur utilisation.

Dans cet élan, les échanges fructueux entre les athlètes et les marques, combinés à une orientation vers le développement durable, établissent une trajectoire prometteuse pour l'avenir de l'industrie sportive.

S’il est indéniable que l’activité physique et a fortiori la pratique sportive modifient les besoins en nutriments (1), le bénéfice attendu des supplémentations n’est pas forcément au rendez‐vous et peut altérer les réponses adaptatives à l’entraînement voire présenter des risques pour la santé.

L’attente du sportif est le plus souvent liée à des allégations, certes encadrées par un règlement européen (2), mais parfois implicites, sur la santé ou sur la performance (3). Ces promesses peuvent conduire à la consommation de compléments alimentaires ou d’aliments enrichis en vitamines, minéraux ou autres substances à but nutritionnel alors que la vocation de ces denrées se limite à compléter les apports insuffisants d’une alimentation courante. Ainsi, classés parmi les aliments, ils ne devraient avoir d’autre finalité que d’apporter des nutriments à des personnes dont l’alimentation habituelle ne permettrait pas de couvrir les besoins nutritionnels. Au‐delà de ces allégations, l’idée selon laquelle la pratique sportive conduit à des déficits d’apports voire des carences est particulièrement répandue et renforce ainsi la tendance à se tourner vers ces produits parfois inadaptés, voire adultérés par des substances interdites (4).

L’exposé vise à démontrer le rôle central de l’alimentation courante dans la nutrition du sportif, la fragilité des allégations, leur caractère parfois trompeur, et documente les risques sanitaires liés à la consommation de compléments alimentaires analysés par le système de Nutrivigilance de l’Anses (5) plus spécifiquement chez le sportif (6).

Références :

1. Margaritis I. Training, changes in nutritional requirements, dietary support of physical exercise and performance, p 151‐189, In Walrand‐Nutrition and Skeletal Muscle. Elsevier Publisher (2018)
2. Règlement (CE) no 1924/2006 concernant les allégations nutritionnelles et de santé portant sur les denrées alimentaires
3. A. Dopter et I. Margaritis. Des compléments pour sportifs pas toujours fair‐play, La Revue du praticien, 71 :2, 164 (2021)
4.  E. Czepielewska, M. Makarewicz‐Wujec, F. Różewski, E. Wojtasik, M. Kozłowska‐Wojciechowska. Drug adulteration of food supplements: A threat to public health in the European Union? Regulatory Toxicology and Pharmacology, 97, 98‐102, ISSN 0273‐2300, https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2018.06.014. (2018)
5. G. Vo Van Regnault, M. C. Costa, A. Adanić Pajić, A. P. Bico, S. Bischofova, U. Blaznik, F. Menniti‐Ippolito, K. Pilegaard, C. Rodrigues & I. Margaritis. The need for European harmonization of Nutrivigilance in a public health perspective: a comprehensive review, Critical Reviews in FoodScience and Nutrition, 62:29, 8230‐8246 (2022)
6. Avis relatif aux risques liés à la consommation de compléments alimentaires destinés aux sportifs visant le développement musculaire ou la diminution de la masse grasse (saisine 2014‐SA‐0008). Maisons‐Alfort : Anses, 28 p. (2016)

Sanofi, entreprise mondiale de santé, est partenaire Premium de Paris 2024. Ce partenariat est une opportunité unique pour Sanofi de contribuer aux Jeux Olympiques et Paralympiques dans son pays d'origine, la France, berceau historique scientifique et industriel. C’est aussi un projet concret pour célébrer sa vocation et sa stratégie d’entreprise, en engageant ses collaborateurs autour de valeurs communes avec le sport de haut niveau ‐ dépassement de soi, excellence, courage, détermination, performance, pour accélérer sa transformation culturelle. Enfin, Sanofi partage une ambition commune avec l’engagement sociétal de Paris 2024, en voulant créer un impact positif pour une société plus inclusive et en meilleure santé.

Le parallèle entre Sport de haut niveau et monde professionnel sera également illustré de façon concrète par le témoignage personnel de Rafik Amrane. Ancien athlète ayant participé aux Jeux Olympiques de Sydney en 2000, il a ensuite fait sa carrière chez Sanofi et occupe désormais le poste de Directeur Industriel de la division Santé Grand Public, en charge de plus de dix usines de fabrication de médicaments dans le monde. Il nous partage son expérience personnelle, révélant comment les leçons tirées de sa carrière sportive se transposent et profitent à sa carrière professionnelle, notamment en termes de culture de la performance, de dépassement de limites, de gestion de l'échec et de l'importance du travail d'équipe. Cette expérience illustre concrètement comment les aptitudes développées dans le sport peuvent enrichir et influencer une carrière dans le monde professionnel.

Le sport professionnel est une discipline où la performance des athlètes est mise à l’épreuve chaque jour. La résilience, la détermination et l’envie de gagner sont nécessaires, mais ne sont pas toujours suffisantes.

Sélectionner le bon équipement est d’une importance primordiale pour accompagner les athlètes dans leur recherche d’excellence tout en garantissant leur sécurité et leur permettant ainsi de libérer tout leur potentiel.

Une étape cruciale dans la conception de tout équipement sportif est le choix des matériaux : les matériaux à base de polymères représentent souvent un choix gagnant, car ils confèrent des caractéristiques particulières telles que la légèreté et la résistance mécanique.

Chez Syensqo, nous nous engageons à soutenir les athlètes en leur fournissant nos meilleures solutions matérielles haute performance. Notre portefeuille matériaux, comprenant des polymères de spécialité ainsi que des composites, est au service des athlètes professionnels et amateurs du monde entier dans des disciplines telles que le tir à l’arc, les sports d’hiver et le cyclisme. Grâce aux performances élevées de nos solutions, de nouveaux horizons de performances peuvent être atteints.

Compte tenu de cette forte empreinte et expertise, nous soutenons 3 athlètes lors des prochains jeux paralympiques de Paris 2024.