La mesure sélective du CO2 peut être réalisée à l’aide de la méthode d’expansion multiple du volume (méthode MVE). La méthode MVE a été inventée et brevetée par Anton Paar (brevets AT 409673, GB 237 3584, US 6,874,351). C’est la façon la plus précise de mesurer de manière sélective le CO2 dissous dans des boissons.
Méthode de l'expansion volumique multiple
Lois fondamentales des gaz pertinentes pour la mesure du CO₂ dans les boissons
Figure 1 : Vue d'ensemble des lois fondamentales des gaz qui sont pertinentes pour la mesure du CO2
La loi de Henry stipule qu’à l’équilibre, la concentration de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle exercée par ce gaz au dessus du liquide.
La loi de Dalton stipule que la pression totale mesurée dans une phase gazeuse est la somme de pressions partielles de tous les gaz présents dans la phase gazeuse. Dans le cas de l’analyse de boissons, il s’agit des pressions partielles du dioxyde de carbone, de l’oxygène et de l’azote, ainsi que de la pression de vapeur de l’eau.
La loi des gaz réels décrit le comportement d'un gaz idéal dans la phase gazeuse. Alors que des gaz comme le CO2 s'écartent du comportement idéal, la loi des gaz est étendue par Z pour tenir compte du comportement non idéal.
Comment fonctionne la méthode de l'expansion volumique multiple?
1ère Étape
La chambre de mesure est entièrement remplie d’échantillon et fermée mécaniquement par des valves.
2ème étape
L'appareil procède à une expansion du volume de la chambre de mesure. Un équilibre de pression et de température est établi. La pression et la température à l’équilibre sont mesurées
3ème Étape
Le volume de la chambre de mesure est ensuite augmenté, un nouvel équilibre est établi, et la pression ainsi que la température sont à nouveau mesurées.
Étape Finale
Ces deux pressions et températures sont utilisées pour la détermination du CO2 et la compensation de l'air dissous.
Comment fonctionne la méthode de l'expansion volumique multiple ?
Figure 2 : Contexte physique de la méthode MVE
La méthode de l'expansion volumique multiple s'appuie sur le fait que la solubilité de l'air dans les boissons est beaucoup plus basse que celle du CO2. En raison de la différence de solubilité, lors de l'expansion du volume de la chambre de mesure, la pression partielle de l'air diminue beaucoup plus que celle du CO2. La différence entre la pression d'équilibre et les résultats des températures mesurées lors de la première et de la seconde expansion de la chambre de mesure est utilisée pour déterminer la quantité d'air dissous et pour calculer mathématiquement et compenser cette quantité. Le résultat correspond à la concentration réelle de CO2 dans la boisson.
Avantages
La méthode MVE n'est pas influencée par le snifting (soufflage)
Figure 3 : Distribution des gaz dans un emballage avec 10 % d'espace libre à environ 20 °C (68 °F)
Les méthodes traditionnelles de pression/température (P/T) nécessitent un snifting (soufflage). Cela se fait en libérant la surpression dans l'espace de tête vers l'ambiance afin de corriger l'influence d'autres gaz ; MAIS le CO2 est également libéré. Tant le CO2 que la perte d'air dépendent de la température.
À la fois le CO2 et la perte d'air sont affectés par la taille de l'espace libre et le temps de soufflage (snifting). Ainsi, des quantités variables de CO2, O2, et N2 sont retirées de l'emballage avant l'équilibrage et la mesure P/T.
La méthode MVE n'est pas influencée par les méthodes et les tableaux
Les méthodes P/T traditionnelles nécessitent des tableaux pour le calcul du CO2 .Ce fait conduit à des résultats inexacts d'une part, car l'interpolation est parfois nécessaire (par exemple, une lecture de pression de 21 psi, mais seules 20 et 22 psi sont disponibles dans le tableau), et d'autre part, cela rend la mesure elle-même dépendante de l'utilisateur en raison de nombreux étapes manuelles.
La méthode MVE n’est pas influencée par l’altitude.
Figure 4 : Représentation schématique de l'influence de l'altitude sur les méthodes P/T simples
La pression atmosphérique à une altitude de 1000 m est d'environ 10 % inférieure à celle au niveau de la mer.
Lorsqu'on renifle un emballage de boisson à haute altitude, plus de CO2 et d'air seront perdus dans l'ambiance.
Par conséquent, la valeur de CO2 des méthodes P/T non sélectives est influencée par l'altitude. Cela devient encore pire si un capteur de pression relative est utilisé, car la valeur de pression mesurée dans l'espace de tête de la boisson devient alors dépendante de l'altitude.
La méthode MVE n'est pas influencée par l'air dissous (N₂ et O₂) dans l'échantillon
Dans les méthodes P/T non sélectives, les pressions partielles de CO2 et de l'air sont calculées comme CO2.
La pression partielle de l'air dépend de la technique de remplissage : Le remplissage avec du gaz de couverture N2 augmentera le résultat de CO2, le remplissage avec du gaz de couverture CO2 n'affectera pas le résultat.
Conclusion : S'il n'y a pas de CO2 dans l'emballage, mais N2, le manomètre donnera toujours une lecture même s'il n'y a pas de CO2 dans le conteneur de boisson.
