Cienciaes.com : Les larmes de vin et l’effet Marangoni.

Aujourd’hui, je vous propose un nouvel épisode du Quilo de mon professeur, Miguel Pocoví Mieras, professeur de biochimie et de biologie moléculaire, déjà à la retraite, mais surtout mon ancien professeur de biochimie, avec qui j’entretiens désormais une étroite amitié. En bon scientifique qu’il est, Miguel s’intéresse à une multitude de phénomènes naturels, mais j’ose dire, avec amour et bonne humeur, que les aliments fermentés sont une de ses passions. Si dans l’émission précédente Miguel nous parlait de l’odeur des fromages, et il expliquera de nombreuses curiosités sur cet aliment dans les émissions futures, aujourd’hui il va parler du vin, un autre produit de fermentation, plus précisément il va expliquer le phénomène de ses larmes. Écoutons ce que nous dit Miguel à propos de ce phénomène physique intéressant qui se produit aussi bien dans les bons que dans les mauvais vins, à condition qu’ils soient dans un verre propre, bien rincé et qu’ils aient une teneur en alcool suffisante.

Les larmes d’un vin et l’effet Marangoni.

Le vin nous montre généralement un effet que nous appelons “larmes de vin”, d’autres disent que ce sont des “larmes de vin” ou des “jambes de vin”. Lorsque nous secouons doucement le verre de vin en faisant de petits cercles pour faciliter la remontée du vin sur la paroi du verre, après l’avoir laissé au repos, des larmes apparaissent qui glissent doucement le long du verre.

Contrairement à la croyance populaire, les larmes ne dépendent pas de la teneur en glycérol ou en glycérine du vin, l’effet est une conséquence de l’alcool et du fait que l’alcool a une tension superficielle plus faible et une volatilité plus élevée que l’eau. (La tension superficielle d’un liquide est la résistance exercée par ce liquide lorsque sa surface augmente et se mesure en force par unité de longueur. L’unité de force est le Newton et l’unité de longueur est le mètre)

L’eau a une tension superficielle de 0,07 Newton/mètre (N/m) et un point d’ébullition de 100°C ; et l’alcool éthylique, une tension superficielle de 0,02 N/m (3,5 fois inférieure à celle de l’eau) et un point d’ébullition de 78°C (22 degrés inférieur à celui de l’eau).

Le vin contient parmi ses principaux composants de l’eau et de l’alcool, la solution eau/alcool forme un film fin sur les parois lorsque le verre est secoué. L’alcool s’évapore comme l’eau de ce film, mais il le fait plus rapidement en raison de son point d’ébullition plus bas et de sa pression de vapeur plus élevée (figure 2). En conséquence de cette évaporation, le liquide dans le film augmente la tension superficielle (plus d’eau, moins d’alcool). De cette façon, le liquide sur la paroi acquiert une tension superficielle plus élevée que celle sur le fond du verre. Le gradient de tension superficielle qui est généré force le vin à remonter les parois du verre et ainsi plus de liquide s’accumule dans la partie supérieure des parois. Le moment venu, la force de gravité, due au poids du liquide accumulé, l’emporte et c’est alors que se forment les larmes qui glissent le long des parois du verre. C’est ce qu’on appelle l’effet Marangoni.

Cet effet Marangoni peut également être facilement mis en évidence en étalant une fine pellicule d’eau sur une surface horizontale lisse, puis en déposant une goutte d’alcool au centre du liquide.Le liquide sera déplacé de la région où la goutte d’alcool est tombée, car la surface de tension de l’eau est plus grande qu’à l’endroit où est tombée la goutte d’alcool.

Comme nous l’avons dit, la force qui s’établit entre deux liquides de tension superficielle différente est connue sous le nom d’effet Marangoni et est due au physicien italien Luigi Carlo Giuseppe Marangoni (1840 –1925) (figure 3). Marangoni tout en développant sa thèse de doctorat à l’Université de Pavie, intitulée “Sur l’expansion des gouttes d’un liquide flottant à la surface d’un autre liquide” et présentée en 1865, découvrit que ce phénomène n’est lié qu’à la tension superficielle. Après avoir obtenu son diplôme, Marangoni a déménagé à Florence et là, il a travaillé au Musée de physique. Plus tard, dans la même ville, il a travaillé comme professeur de physique pendant 45 ans, jusqu’à sa retraite au Dante Lyceum. Il étudie les phénomènes de surface dans les liquides et invente le néphoscope (instrument de mesure de la direction et de la vitesse des nuages) contribuant également à la météorologie. Très probablement, c’est Marangoni qui a inculqué le goût de la physique au célèbre Albert Einstein, alors qu’il avait 16 ans et passait ses vacances à récolter avec la famille Marangoni à Casteggio.

Revenons aux pleurs du vin. D’autres facteurs peuvent modifier la forme de la larme, car la tension superficielle varie considérablement en fonction : a) de la température du verre et du vin ; b) Type de verre, épaisseur de paroi et composition du verre ; et c) présence de traces de détergent.

La présence de traces de détergent peut modifier sensiblement la formation des larmes. Si vous voulez vérifier ce qu’une simple goutte de détergent est capable de faire, faites l’expérience maison suivante. Mettez de l’eau dans un récipient peu profond, par exemple dans une soucoupe à café, et saupoudrez de poivre moulu, qui flottera à la surface de l’eau. Ensuite, ajoutez une goutte de liquide vaisselle ou de détergent liquide au point central et vous verrez comment les particules de poivre moulu jaillissent vers les bords. Ceci est dû à l’effet Marangoni et est une conséquence de la tension superficielle différente de l’eau (0,07 N/m) et du détergent (0,025 N/m) (environ trois fois plus petit que l’eau).

Il est impressionnant d’observer la vitesse à laquelle les particules de piment se déplacent dans cette expérience. Compte tenu de cela, imaginez l’effet que les restes de détergent peuvent avoir sur la paroi du verre.

De très petits changements de température affectent également la formation de larmes dans le vin. La température est également déterminante dans la formation des belles figures (boules de neige) que produisent les bulles de savon dans un environnement très froid lorsqu’elles se déposent sur la neige ou la glace. Comme il est difficile de réaliser cette expérience dans des endroits chauds, vous pouvez chercher sur internet des vidéos où ces chiffres sont montrés, par exemple dans Bulles de glace glacées de Mike Shaw.
Les panaches de glace qui se forment dans le film des bulles sont aussi en partie la conséquence de l’effet Marangoni et des très faibles changements de température qui se produisent localement lors de la formation de la glace et qui modifient la tension superficielle.

Lorsque la base d’une bulle de savon dans un environnement très froid entre en contact avec de la glace ou de la neige, le processus de congélation commence. De petits cristaux de glace parfois invisibles, des nanocristaux, se forment qui grossissent et se déplacent (figure 4). Le passage du liquide au solide à température constante dégage de la chaleur*. Expliquons ce dernier.

*Lorsque la glace fond à une température constante, de la chaleur doit être fournie et nous appelons cette chaleur la chaleur latente de fusion (latente du latin : caché ou caché), donc pour faire fondre un gramme de glace à 0°C, nous devons fournir 80 calories. L’inverse est la chaleur latente de congélation, c’est-à-dire que lorsque de la glace se forme à partir d’eau liquide à 0 °C, de la chaleur est libérée, plus précisément 80 calories.

Par conséquent, cette petite quantité de chaleur qui est émise dans la partie inférieure de la bulle de savon (passage du liquide au solide) produit une diminution de la tension superficielle de cette zone et puisque la partie la plus élevée de la bulle a une température inférieure, cette zone a une tension superficielle plus élevée. Par conséquent, un courant ou flux de Marangoni s’établit, ce qui oblige les petits cristaux de glace à se déplacer vers le haut, à mesure qu’ils grandissent, formant les “plumes de glace” et diverses figures.

Revenons au vin et à ses larmes.

Le nombre de larmes d’un vin est une indication de la quantité d’alcool qu’il contient, ce qui est une information utile dans le cas d’une dégustation à l’aveugle, à condition de maintenir les mêmes conditions concernant le type de verre, la température du vin et de la coupe et nettoyage de la coupe.

Il y a ceux qui soutiennent que lorsque l’on observe qu’un vin présente des larmes denses et lentes, cela indique que ce vin a plus de corps, un degré d’alcool élevé, du volume, de la force, alors que si l’on observe des larmes fines qui ne durent pas longtemps, la le vin nous montre qu’il est jeune et moins évolué et probablement moins mûr. Je ne suis pas d’accord avec ces affirmations, le volume, la texture, les sensations en bouche d’un vin sont très complexes et ne dépendent pas, loin de là, de la teneur en alcool.

Cependant, rappelez-vous que pour déguster un bon vin, il convient d’utiliser les cinq sens et chacun d’eux contribuera dans une proportion plus ou moins grande au plaisir de la dégustation. Une fois que l’on a débouché la bouteille et versé un peu de vin dans le verre, la première chose que l’on va faire est, comme en amoureux, commencer par la vue, observer son aspect : couleur, couche, luminosité…. Nous allons secouer le verre et observer leurs larmes…. Nous le sentirons…. À la fin de tout le processus, l’important est qu’il soit si bon que “nous pleurons”, profitant du plaisir de ce vin et de la bonne compagnie.

Miguel Pocovi (14-01-2021)

Les références:

Ahmadi, SF, Nath, S., Kingett, CM et al. Comment les bulles de savon gèlent. Nat Commun 10, 2531

Thompson, (1855), Sur certains mouvements curieux observables à la surface du vin et d’autres liqueurs alcooliques Londres, Angleterre: The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science.

Braco C. Albert Einstein et la famille Marangoni. Actes du 37 SISFA réunion, Bari, Italie, 2017.

Theodoros Kolydas Marangoni effectue une démonstration expérimentale.