Le bloguepar Alfred
25 juillet 2018

Les systèmes à compresseur pour cave à vins : tout ce que vous devez savoir – Partie 2

par Alfred

Tel que promis, nous vous présentons, cette semaine, la seconde partie d’une entrevue réalisée avec M. Normand Brais, ancien professeur à l’École Polytechnique de Montréal, sur les systèmes à compresseur pour cave à vins. Pour lire l’intégralité de la première partie cliquez ici!


Alfred:
Comment le cycle continu de départs et d’arrêts affecte-t-il l’uniformité de température dans la cave?

Normand Brais:
Cela crée inévitablement des cycles de refroidissement, suivis de réchauffements graduels, qui sont en effet très loin de ce qu’on retrouve dans une cave naturelle. J’ai visité beaucoup de caves en Europe, où ce sont des caves à vins très profondes, creusées à même la pierre où la terre battue, avec une l’humidité naturelle et une température constante. Bien sûr, la température va varier durant l’année, mais ce phénomène ne se produit que sur de très longues

périodes. J’étais en Italie l’automne dernier et la température dans les caves se rapprochait de la moyenne saisonnière. Durant l’hiver, elles se refroidissent à environ 14 °C et, en été, elles remontent à environ 16-17 °C.  Les vignerons m’ont tous dit : « On ne s’en aperçoit pas, ça se produit tellement graduellement ». Il faut également noter que cette légère variation se produit toujours dans des conditions où on retrouve une très grande humidité dans l’air. Ainsi, les bouchons ne sèchent pas, et les conditions de conservation y sont donc idéales.

 

Alfred:
Ces observations sur les caves naturelles font donc figure de grand contraste avec les caves mécanisées, où l’on insiste souvent sur une température très précise de 12 °C tout au long de l’année, mais sans vraiment considérer le facteur humidité…

 

Normand Brais:
Dans les faits, les compresseurs assèchent l’air de la cave et, du point de vue énergétique, chaque fois que le système condense l’eau pour l’évacuer par son drain, cela consomme énormément d’énergie. Ceci est un point très important à mentionner : les changements de phases de l’eau sont extrêmement énergivores.

Pour vous donner un exemple très concret, prenons un chaudron dans lequel on fait bouillir de l’eau. Une fois que l’eau est portée à ébullition dans le chaudron, peu importe l’intensité du feu qu’on y met en dessous, la température ne bougera pas : elle restera toujours à 100 °C. Pourquoi? Parce que toute l’énergie qu’on y met s’en ira directement au changement de phase de l’eau, soit à l’évaporation, ce qui nécessite une très grande quantité d’énergie. Le tout est très simple :


DE LIQUIDE À VAPEUR

En dessous de 100°C, on doit fournir seulement 1 calorie d’énergie pour élever 1 g d’eau liquide de 1°C. Pour la faire passer de liquide à vapeur, on doit fournir 1000 calories! C’est donc 1000 fois plus d’énergie pour la même quantité d’eau simplement pour la faire s’évaporer.


DE VAPEUR À LIQUIDE

Voici donc ce qui se passe lorsqu’un compresseur refroidit un cellier et condense de l’eau : pour faire condenser de l’eau, qui est le processus inverse, il faut plutôt extraire 1000 calories par gramme d’eau. Donc, pour refroidir 1 g d’air sec de 1 °C, le système dépensera ¼ de calorie,

soit quatre fois moins que de l’eau. Cependant, pour refroidir de l’air humide contenant un tout petit gramme d’eau (aussi peu qu’un 1 ml d’eau), le système devra dépenser 1000 calories d’énergie. Donc, autrement dit, si on veut maintenir une cave très humide tout en utilisant un compresseur pour refroidir l’air, le système devra travailler 4000 fois plus fort que lorsqu’il veut refroidir de l’air sec uniquement.

C’est pourquoi les systèmes à compresseurs sont à la base très puissants et consomment beaucoup d’énergie, car cette énergie ne sert pas tant à refroidir l’air du cellier, mais surtout à condenser de l’eau pour ensuite l’évacuer de l’air via un drain. Maintenant, pour vous dire le ridicule de la chose, aujourd’hui, nous sommes obligés d’installer des humidificateurs dans les caves à vins (qui dépensent eux aussi beaucoup d’énergie!) pour faire s’évaporer de l’eau dans l’autre sens et humidifier la cave!

La meilleure analogie pour exprimer cette absurdité serait de faire couler de l’eau dans un bain dont le bouchon serait absent, et qu’en même temps, on doive payer pour y mettre de l’eau afin de compenser pour l’eau qui est évacuée. D’un côté, on paye pour extraire de l’eau avec un système à compresseur qui condense, puis draine l’eau et, de l’autre, on paye pour un évaporateur qui génère de l’eau pour humidifier la cave.

Les deux machines se combattent littéralement! (rires)

Cela n’a aucun sens; c’est aussi bête que de conduire sa voiture sans désactiver le frein manuel!

Alfred:
Quelle serait la solution, alors?

 

Normand Brais:
Il nous faudrait avoir un flux refroidissant qui soit très proche de la température à laquelle on veut opérer la cave. Par exemple, si l’on voulait maintenir la cave à 15 °C et que la source froide était à 14 °C, il n’y aurait jamais de condensation de l’eau; nous n’aurions donc pas besoin d’en rajouter artificiellement non plus avec un humidificateur.

En fait, cette solution existe déjà sur le marché. Le système CUBE est le premier de ce genre. Ce type de système nous débarrasse donc effectivement de ce problème d’assèchement d’air associé au concept d’humidité relative qui est parfois difficile à saisir. Dans le contexte d’une cave à vins, où on ne veut absolument pas assécher l’air, il est tout à fait contreproductif de baisser la température jusqu’à 12 °C, si cela signifie qu’il faille dépasser les 100 % d’humidité relative et faire condenser l’eau. C’est précisément ce que le système CUBE fait pour contrecarrer ce problème : il ajuste la température de son élément froid pour ne jamais condenser l’eau.

En somme, le système procure trois avantages :

1) L’humidité de la cave n’est pas retirée; elle reste humide.
2) Un drain pour évacuer l’eau n’est pas nécessaire, puisque l’élément froid ne condense jamais l’eau.
3) Le système consomme très très peu d’énergie, parce qu’on ne dépense jamais les fameuses 1000 calories/g d’eau condensée et qu’on ne fait qu’utiliser ¼ de calorie par gramme d’air refroidie de un degré. Alors, au point de vue environnemental, c’est fantastique pour le vin autant que pour la planète!

 

Alfred:
Le fait que le système CUBE puisse moduler la température de son flux refroidissant lui permet-il donc de fonctionner en continu?

 

Normand Brais:
C’est exact. Le système fonctionne sans interruption. La température est donc extrêmement stable et non stratifiée, et surtout, beaucoup plus adaptée aux températures de conservation du vin.

Alfred:
Et comment cela fonctionne-t-il? Y a-t-il un compresseur à l’intérieur?

Normand Brais:
Aucun compresseur, non. En fait, c’est une technologie de semi-conducteur, inspirée de l’effet Peltier. Si on faisait une analogie technologique pour l’expliquer, la technologie e⁻cool présente dans le CUBE est un peu comme les transistors versus les lampes. Ces lampes brûlaient souvent… La fiabilité n’était pas au rendez-vous. Ainsi, de nos jours, tout fonctionne avec des transistors et des diodes (des semi-conducteurs), ce qui fait que nous n’avons plus à attendre cinq minutes à chaque fois que l’on allume la radio. La fiabilité est bien meilleure. Nous pouvons maintenant moduler cela comme on veut. Les « solid state systems », tout fonctionne avec cette technologie maintenant. Donc, e⁻cool fonctionne de la même façon, en appliquant un courant électrique et d’un côté, cela devient froid et de l’autre, cela devient chaud.

La thermoélectrique existe depuis très longtemps, mais il faut dire que le principe a été grandement amélioré. Les propriétés des matériaux ont été raffinées avec des métaux de plus grande pureté, et, aujourd’hui, on produit des éléments qui sont très performants et dont la durée de vie est considérablement plus longue.

Contrairement aux systèmes mécaniques, les systèmes thermoélectriques comme le CUBE n’ont aucune pièces mobiles à l’intérieur qui soient impliqués dans la production de froid et de chaleur. Seulement un circuit d’eau de refroidissement, ce qui leur confère donc une durée de vie immense.

 

Alfred:
La thermoélectrique n’avait effectivement pas très bonne presse à l’égard de l’efficacité il y a de ça quelques années… Mais donc, vous dites que ce perfectionnement a véritablement permis à cette technologie de gagner en fiabilité et en durabilité?

Normand Brais:
Tout à fait. Une meilleure qualité des matériaux, une plus grande pureté de ceux-ci et un meilleur usinage, ce qui est venu parce que le marché du thermoélectrique s’est grandement développé depuis. La demande est beaucoup plus grande, notamment dans le domaine informatique, où la technologie thermoélectrique sert à refroidir les puces de haute performance.

Alfred:
Concernant la précision des capteurs de température et des dispositifs d’affichage de température des systèmes comme le CUBE — sont-ils plus performants si le contrôle de température est optimisé?

Normand Brais:
Effectivement, nous pouvons être beaucoup plus précis avec un appareil thermoélectrique comme le CUBE. Les systèmes de mesure de température peuvent aller au dixième de degré très facilement. En revanche, les systèmes à compresseur, eux, ne peuvent pas opérer à cette précision-là. À titre d’exemple, si l’on installe un capteur de température calibré au dixième de degré près à l’intérieur d’une cave climatisée avec un compresseur, cela voudrait dire que l’on demanderait au système de se maintenir à 15 °C avec ±0,1 °C de jeu (14,9 /15,1 °C). Or, le système est tellement puissant qu’il se mettrait en marche pour 20 secondes et puis il s’arrêterait pour un autre 30 secondes, puis il redémarrera.

Alfred:
Donc, vous dites que si le capteur d’un compresseur était trop précis, cela impacterait énormément la durée de vie du système?

 

Normand Brais:
Avec un tel nombre de cycles d’arrêts et de départs, on parlerait effectivement d’une durée de vie d’à peine quelques mois. C’est un système qui ne peut pas moduler; il doit soit fonctionner, soit s’arrêter.

Alfred:
Et que pensez-vous des sondes introduites à l’intérieur d’une bouteille pour déterminer à quel moment le compresseur doit se remettre en marche? Est-ce plus efficace ou meilleur pour le vin?

 

Normand Brais:
Dans les faits, pas vraiment. Si l’on met une sonde dans une bouteille, cela signifie qu’avant que la sonde puisse percevoir un changement de température dans la cave, c’est toute la bouteille qui doit avoir changé de température. Donc, on retarde simplement la transmission de l’information vers le système.

Plus concrètement, si je désire tenir ma bouteille à 15 °C, le système arrêtera de fonctionner uniquement lorsque toute la bouteille aura atteint cette température. Même si la température de la cave a augmenté à 16 °C, cela peut prendre des heures avant que la bouteille perde sa température et qu’elle redevienne elle-même à 16 °C. Bien que le compresseur, lui, indique que la bouteille est à 15 °C, ce n’est uniquement au moment où toute la bouteille s’élèvera à 16 °C que le système va réagir, alors que cela fait des heures que toute la cave est rendue à des températures bien plus élevées que 16 °C. Donc, ce type dispositif ajoute énormément de retard de réaction dans le système en ajoutant ce qu’on appelle de l’inertie.

 

Alfred:
C’est donc plutôt contre-productif d’utiliser ce genre de sonde si l’on souhaite atteindre une réelle stabilité de température?

Normand Brais:
Tout à fait. Une sonde provoque des cycles beaucoup plus prononcés, c’est-à-dire une plus grosse différence entre les hauts et les bas de température dans la cave. Donc, cela semble à priori être une bonne idée, mais étant donné les lois de la physique, ce n’est pas vraiment une bonne idée!… (rires)

 

Alfred:
Et vous, possédez-vous une cave à vin?

Normand Brais:
Oui, entre 1500 et 2000 bouteilles environ.

Alfred:
Dans quel type d’environnement sont-elles conservées?


Normand Brais:
Au sous-sol. Il n’y a aucune fenêtre. Deux murs sur quatre donnent vers l’extérieur.

Ils sont isolés bien sûr, le but étant de garder la température la plus constante possible et de ne pas assécher l’air en hiver.

 

Alfred:
Faites-vous plutôt de la courte ou de la longue garde?

Normand Brais:
Un peu comme tout le monde, j’ai des vins de longue garde et des vins de consommation courante. Moins de 10 ans de garde pour la plupart. Donc 500 à 750 bouteilles à garder, et le reste à boire dans moins de 10 ans.

Alfred:
Votre dernier voyage en Italie à visiter différentes caves à vins souterraines a donc dû fortement valider les conditions de conservation que vous avez vous-même établies pour votre cave…

 

Normand Brais:
Absolument. J’y ai bu là-bas des vins âgés de plus de 50 ans et qui étaient encore dans des conditions impeccables.

Alfred:
Avez-vous déjà pu comparer la qualité de vos conditions de conservation? Par exemple, déguster côte à côte le même vin, du même millésime, mais en provenance de deux caves à vins différentes dont la vôtre?

Normand Brais:
Non malheureusement, je n’ai jamais eu la chance de faire cette expérience. Mais chose certaine, du point de vue de la qualité de bouchon, la constatation se fait immédiatement. Lorsque l’on ouvre une bouteille gardée dans de mauvaises conditions de conservation, le bouchon s’effrite dans les mains, ou il va souvent être très sec en haut et très mouillé en bas. Seulement en sortant le bouchon, on a déjà une bonne idée des conditions de conservation selon l’état de celui-ci, ce qui nous donne déjà une excellente idée sur le produit que nous sommes sur le point de déguster!

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PHOTO:
Normand Brais: ancien professeur de l’École Polytechnique de Montréal, Ingénieur mécanique, détenteur d’une maîtrise en aérothermie et d’un doctorat en génie nucléaire

AlfredL'expert en vin.

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