• metchampagne.nl

Een champagnefles ontkurken; letterlijk en figuurlijk ‘rocket science’

Gemiddeld genomen worden er over de hele wereld iedere seconde zo’n 10 flessen champagne geopend! En hoewel we weten dat het beter én verstandiger is om de fles met een zachte ‘zucht’ te openen, wordt het knallen van de champagnekurk vaak gezien als start van het feestelijke moment. Maar wat gebeurt er eigenlijk precies bij het ontkurken van een fles champagne? Dat is het eerste onderwerp van deze nieuwe serie ‘De diepte in’. Gérard Liger-Belair laat ons de bijzonderheden én onverwachte ontdekkingen zien die tijdens dit proces optreden.

Foto 1: Équipe Effervescence/GSMA


In het kort: De prise de mousse

Door toevoeging van de liqueur de tirage, bestaande uit rietsuiker en geselecteerde gisten, vindt een tweede fermentatie plaats in de gesloten champagnefles. De gisten zetten de suikers om in alcohol (ethanol) en koolzuurgas (CO2), maar in tegenstelling tot bij de eerste fermentatie kan het gas deze keer niet ontsnappen en lost het op in de wijn. Dit heet de prise de mousse; de wijn wordt mousserend door de opname van CO2. Deze tweede fermentatie vormt de kern van de champagnemethode (la méthode champenoise of la méthode traditionnelle).

De concentratie en druk van het koolzuurgas in de fles

De concentratie van opgelost koolzuurgas is aan het einde van de prise de mousse ongeveer 9 gram per liter. [1] Deze concentratie is evenredig met de partiële druk van CO2 in de hals van de fles [2] en varieert nauwelijks bij verschillende temperaturen. Dit in tegenstelling tot de druk van het gas in de fles: Bij een temperatuur van 5 °C is de druk zo’n 4,5 bar, maar bij 20 °C is deze toegenomen tot bijna 8 bar! [3]

Temperatuur is dus belangrijk bij het ontkurken van de fles, omdat de kracht die het koolzuurgas onder druk in de hals van de fles uitoefent, ervoor zorgt dat de kurk uit de fles geduwd wordt.


Het ontkurken

Gérard Liger-Belair en het Team Effervescence, Champagne et Applications hebben het ontkurken van een fles champagne bij verschillende temperaturen onderzocht. Daarvoor hebben zij een camera gebruikt die duizenden beelden per seconde vastlegt, in kleur en in hoge resolutie.

Voor het onderzoek hadden zij 30 flessen rosé champagne tot hun beschikking, in transparante flessen. [4] Drie series van ieder 10 flessen werden op een temperatuur van resp. 6,12 en 20 °C bewaard. Onderstaande foto laat de condensatieverschijnselen zien die optreden bij de verschillende temperaturen.

Observatie van het ontkurken van een fles op resp. 6 (a), 12 (b) en 20 (c) °C m.b.v. een high-speed camera. Het interval tussen twee beelden is 400 μs (1 μs = 1 microseconde = 1 miljoenste seconde). Foto: Équipe Effervescence/GSMA


Tijdens de eerste duizendsten (!) van seconden na het openen van de fles komt er energie vrij. Bij 6 °C (a) en bij 12 °C (b) is er een grijswitte mistwolk zichtbaar, direct boven de flessenhals. Dit is een natuurkundig fenomeen, dat optreedt omdat het gas uit de flessenhals uitzet nadat het is ontsnapt aan de hogere inwendige druk in de fles. Tijdens dit proces, dat bekend staat als ‘adiabatische expansie’ [5], keldert de temperatuur van het gas en vindt er condensatie plaats van waterdamp in de omgevingslucht; dit is de witachtige mistwolk. De grijswitte kleur is eveneens een bekend natuurkundig verschijnsel [6], denk bijvoorbeeld aan de kleur van wolken in de lucht.


Tijd voor wat ‘rocket science’ en een onverwachte ontdekking

Temperatuur blijkt de belangrijkste parameter te zijn voor het condensatieproces in en boven de flessenhals.

Bij een temperatuur van 20 °C (c) en onder hogere druk (8 bar = 8 X de normale omgevingsdruk) zorgt diezelfde adiabatische expansie ervoor dat de temperatuur van het ontsnappende koolzuurgas daalt tot een temperatuur van - 89 °C. Dat is onder het vriespunt voor CO2 (-78,5°C), zodat het gas overgaat in een andere fase en droogijs wordt. De blauwachtige pluim vormt zich wanneer de miniatuurdeeltjes droogijs het omgevingslicht reflecteren. Deze wolk heeft dezelfde fysieke oorsprong als de blauwe kleur van de lucht. [7]

Een serie beelden die de schokgolf laat zien bij het ontkurken van een fles op 20°C. Het interval tussen twee opeenvolgende beelden is 83μs. Foto: Équipe Effervervescence/GSMA.


Tijdens het filmen met 12.000 beelden per seconde blijkt onverwacht dat er een kortstondige schokgolf plaatsvindt in deze blauwachtige pluim. Dit fenomeen is bekend van schokgolven die ontstaan als bijvoorbeeld een straaljager of raket zich met supersonische snelheid bewegen. Deze schokgolven staan ​​bekend als Mach-schijven [8], genoemd naar de Oostenrijkse natuurkundige en filosoof Ernst Mach die ze voor het eerst beschreef. Ze ontstaan zo’n 500 μs (microseconde) na het ontkurken.


In de toekomst zullen ook andere factoren worden onderzocht en getest, die invloed hebben op de ontwikkeling van deze schokgolf, zoals de diameter van de hals van de fles en het volume van het gas in de flessenhals.


Door het ontkurken van een champagnefles zijn we, heel onverwacht, in staat om te kijken naar de natuurkundige verschijnselen van een raket! Is dat niet bijzonder?


Voetnoten [1] Een concentratie van 9 gram per liter CO2 staat gelijk aan 5 liter gas, dat gevangen zit in de fles. [2] Wet van Henry: Bij constante temperatuur en bij verzadiging is de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof evenredig met de druk van dat gas in contact met die vloeistof. [3] Er zijn naast CO2 nog andere koolzuurhoudende gassen aanwezig in de fles, maar de druk die zij uitoefenen is verwaarloosbaar ten opzichte van de druk van het koolzuurgas. [4] Champagne rosé van Champagne Pommery, vintage 2008. Blend: Pinot noir en chardonnay, dosage 24 gr/l, 9 gr CO2 na de prise de mousse. Gasruimtevolume in de fles 25 ml. [5] Adiabatische expansie: Het gas verricht arbeid op zijn omgeving, waardoor de inwendige energie afneemt. Daarbij neemt ook de temperatuur van het gas af. (Bron: natuurkunde.nl) [6 ]Mie-verstrooiing: De verstrooiing van licht door deeltjes die een gelijkaardige diameter hebben als de golflengte van het zonlicht, zoals wolkendruppels. Het verschil met Rayleigh-verstrooiing is het formaat van de verstrooiende deeltjes.

[7] Bij Rayleigh-verstrooiing is er sprake van een verstrooiing door individuele moleculen of deeltjes, die veel kleiner zijn dan de golflengte van het licht. In de atmosfeer zijn dit bijvoorbeeld luchtmoleculen, die doorgaans een kleinere diameter hebben dan de golflengte van het licht afkomstig van de zon.

[8] Voor lucht met een temperatuur van 0 °C is de geluidssnelheid ca. 330 m/s (1188 km/h) op zeeniveau. Per definitie is de geluidssnelheid mach 1. Een voorwerp dat zich met een snelheid hoger dan mach 1 verplaatst, heeft een supersonische snelheid.Wanneer een voorwerp (bijvoorbeeld een vliegtuig of een kogel) zich met supersonische snelheid door een medium beweegt ontstaan schokgolven, een front van samengeperst medium. Het passeren van zo'n front is waarneembaar: men hoort een als een donderslag klinkende knal. (Bron: Wikipedia)


Bronnen en credits

Deze blog is tot stand gekomen met medewerking, onder toezicht en na uitdrukkelijke goedkeuring van prof. dr. Gérard Liger-Belair, professor aan de Universiteit van Reims Champagne Ardenne (Équipe Effervescence, Champagne et Applications).


Primaire bron: Liger-Belair, G. (Red.). (2020). Un monde de bulles (1ste editie) [E-book], Paris, France, Éditions Ellipses, tenzij anders aangegeven.


Overig geraadpleegde bronnen:

Website nature.com

Website sciencemag.org

Website natuurkunde.nl

Wikipedia


74 keer bekeken