Fermentation alcoolique par levures indigènes: origines, processus et applications

Les premières traces de production de boissons fermentées remontent à des temps éloignés et témoignent de l’importance historique de la fermentation. Ainsi Göbekli Tepe, temple du sud de la Turquie, révèle d’énormes cuves de 180 litres contenant des résidus de bière, attestant d’une pratique ancienne de la fermentation alcoolique.

La levure responsable de ce phénomène est Saccharomyces cerevisiae. Sous le nom d’un dieu égyptien, ce micro-organisme emblématique s’inscrit dans une longue tradition qui associe fermentations et levures utilisées dès l’Antiquité. Saccharomyces cerevisiae puise ses racines étymologiques dans σάκχαρις (saccharo, sucre), μύκης (myces, champignon) et cerevisia -ae, cervoise, démontrant ainsi l’union du sucre et du monde des fermentations.

Suite aux travaux de Louis Pasteur, qui ont permis d’améliorer les cultures de souches pures, l’industrie britannique a introduit en 1879 des cuves spécialisées pour la production de S. cerevisiae. Peu après, les États-Unis ont utilisé des centrifugeuses pour sa fabrication, rendant la commercialisation des levures modernes possible. La fermentation alcoolique est un processus biochimique au cours duquel les sucres se transforment en alcool dans un milieu liquide en l’absence d’oxygène.

Le vin est essentiellement du raisin fermenté. Le rôle des levures est de transformer le saccharose contenu dans les baies de raisin en alcool, libérant du dioxyde de carbone et de l’ATP. L’ATP fournit l’énergie nécessaire aux réactions métaboliques des levures, tandis que le CO2 forme les bulles caractéristiques, notamment dans le champagne. Pour produire une bouteille de vin, environ 220 grains, soit 1 kg de raisin, sont nécessaires. Théoriquement, plus le moût est sucré, plus le vin sera alcoolisé; la plupart des vins contiennent entre 11% et 15% d’alcool.

Sans levures, pas de vin. Ces micro-organismes sont essentiels pour la transformation alcoolique. Certaines levures vivent naturellement sur les peaux des raisins ainsi que dans le chai (lieu de stockage et d’élevage des vins en fûts), ce qui donne naissance aux levures indigènes. D’autres levures exogènes peuvent être ajoutées en cave, soit au début du processus, soit après une fermentation naturelle incomplète: ce sont les Levures Sèches Actives (LSA). De nombreux viticulteurs choisissent le levurage en ajoutant des souches cultivées en laboratoire en fonction du cépage, de la couleur et du profil de vin recherché.

Pour produire 1 degré d’alcool, il faut environ 17 grammes de sucre. Plus les raisins sont sucrés, plus le vin peut être alcoolisé. Cependant, les levures s’épuisent lorsque le vin atteint environ 15% d’alcool. Le vigneron peut aussi interrompre la fermentation en cours pour préserver une partie du sucre, afin d’obtenir des vins doux. La teneur en sucres résiduels détermine ainsi la différence entre un Gewurztraminer sec et moelleux, et la date de vendange peut influer sur ce paramètre.

Les levures indigènes jouent un rôle clé dans la fermentation spontanée : elles se trouvent sur la pruine des raisins et dans le chai. L’idée de « levures indigènes » est aujourd’hui parfois valorisée comme approche plus naturelle que l’emploi systématique de LSA. Les levures non-Saccharomyces, actives en tout début de fermentation, peuvent produire des précurseurs aromatiques qui, ultérieurement, sont révélés par Saccharomyces cerevisiae. Cependant, seules les souches qui préservent ou améliorent la typicité du vin sont souhaitables.

La fermentation spontanée démarre généralement par plusieurs levures oxydatives et non-Saccharomyces (Kloeckera apiculata, Candida, Metschnikowia, etc.), puis Saccharomyces prend le relais pour assurer la majeure partie de la fermentation. Divers facteurs peuvent perturber la croissance des levures et la cinétique, tels que les carences nutritionnelles, le taux d’éthanol élevé, l’aération et la température du moût. En cas de difficulté, des micro-organismes non désirés peuvent se développer et devenir des antagonistes des souches de vinification souhaitées. L’arrêt de fermentation peut conduire à des déviations organoleptiques et à une acidité volatile accrue, dangereuse pour le profil du vin.

Le vigneron peut s’appuyer sur deux approches: soit laisser fermenter le raisin avec les levures indigènes jusqu’au bout, soit préparer un « pied de cuve » par multiplication des levures indigènes pour démarrer plus rapidement la fermentation. Le pied de cuve nécessite des conditions optimales et la connaissance des souches favorables; si les règles de réhydratation et d’ensemencement ne sont pas respectées, les résultats peuvent être incohérents et les LSA peuvent devenir dominantes.

La question de l’usage des levures indigènes versus les levures sélectionnées fait l’objet de débats. Certains voient dans les levures sélectionnées une manière de révéler des arômes spécifiques à tel cépage, tandis que d’autres prônent le caractère « authentique » des fermentations indigènes. Le choix dépend du plaisir recherché: l’objectif fondamental est d’obtenir un vin de qualité qui assure le plaisir du repas.

Sur le plan historique, les avancées clés incluent la démonstration par Gay-Lussac et ses contemporains que la fermentation implique l’action des êtres vivants et que l’équation C6H12O6 => 2 C2H5OH + 2 CO2 décrit le processus. Buchner, Harden et Young ont élucidé le rôle des enzymes et des cofacteurs, ouvrant la voie à une compréhension biochimique moderne. L’énergie produite est bien limitée en fermentation par rapport à la respiration cellulaire, ce qui explique pourquoi les levures s’adaptent par des mécanismes tels que les gènes ADH1 et ADH2 qui régulent la conversion de l’acétaldéhyde en éthanol selon les conditions.

La régulation entre respiration et fermentation est complexe et continue d’être un domaine de recherche actif. Sous condition anoxique, la glycolyse poursuit la production d’ATP via la fermentation pour régénérer NAD+, permettant la poursuite de la glycolyse et la transformation du glucose en éthanol et CO2. Le potentiel d’adaptation évolutive des levures, notamment autour de l’éthanol comme métabolite, confère à Saccharomyces cerevisiae un avantage compétitif, tout en présentant des enjeux de sécurité et de qualité dans la production viticole.

Applications et considérations pratiques

La fermentation alcoolique est largement utilisée dans la vinification et peut être influencée par le choix des souches de levures, le niveau d’azote assimilable, et la gestion des températures. L’azote assimilable, provenant des raisins ou du moût, est crucial pour la synthèse protéique et la multiplication des levures. Une carence en azote peut provoquer des arômes indésirables et l’arrêt de fermentation, ce qui affecte négativement la qualité du vin.

La température joue un rôle déterminant: des températures supérieures à environ 30 °C augmentent le risque d’arrêt de fermentation et favorisent la production d’émanations indésirables. Le contrôle des paramètres et la gestion du milieu permettent d’optimiser la fermentation et d’éviter les déviations organoleptiques, tout en permettant l’expression des caractères typiques du vin selon le cépage et le terroir.

Les techniques modernes de levurage, notamment l’utilisation de levures sélectionnées, permettent d’obtenir des profils aromatiques plus prévisibles et de maîtriser le déroulement fermentaire. Toutefois, la pratique du pied de cuve avec levures indigènes peut favoriser l’expression du terroir et maintenir une diversité levurienne, avec des avantages et des risques associés.

Dans certaines régions, les pratiques locales privilégient des cultures sans herbicides ni produits synthétiques pour favoriser un sol vivant et la biodiversité, ce qui peut influencer les fermentations et les profils aromatiques du vin. Les débats sur l’authenticité du goût et le rôle des levures indigènes ou sélectionnées reflètent une tension entre tradition et standardisation, mais l’objectif demeure le même: produire des vins de qualité qui magnifient le repas et le plaisir gustatif.

Pour clore, les découvertes historiques et les avancées modernes montrent que la fermentation alcoolique est un phénomène complexe impliquant des interactions entre levures, nutriments, et conditions environnementales. Une compréhension approfondie des mécanismes enzymatiques et des voies métaboliques permet d’optimiser les fermentations et d’explorer les potentialités des levures indigènes et sélectionnées dans des applications œnologiques diversifiées.

Tableau récapitulatif des points clés

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