Adsorption and diffusion study, in gazeous phase, of wine active molecules in cork

Au cours de la conservation du vin en bouteille, des réactions d’oxydation ont lieu et peuvent conduire à des défauts organoleptiques. Les principaux facteurs impliqués dans ces phénomènes d’oxydation sont l’oxygène et les propriétés barrière de l’obturateur. Malgré de récents travaux, ces dix dernières années, sur la quantification des transferts d’oxygène durant le procédé d’élaboration du vin et lors de sa conservation, peu d’études se rapportent aux interactions entre les molécules diffusantes et les matériaux d’obturation. Le matériau étudié dans ce travail est le liège brut, n’ayant subi aucun traitement de lavage ni de surface. Ce manuscrit de thèse aborde le transfert de quelques molécules actives du vin dans le liège, en considérant des transferts en phase gazeuse. Les molécules retenues sont : l’eau, l’éthanol, le dioxyde de soufre et l’oxygène. La thermodynamique d’adsorption de corps purs et de mélanges a principalement été étudiée en réalisant des isothermes d’adsorption en phase gazeuse et des mesures des enthalpies d’adsorption. Tout d’abord, nous avons montré que les mécanismes d’adsorption des corps purs diffèrent selon l’adsorbat. La vapeur d’eau se trouve uniquement physisorbée alors que le dioxyde de soufre et l’éthanol présentent un processus de physisorption et de chimisorption. En outre, des phénomènes de gonflement du liège sont très fortement suspectés dans le cas de l’eau et de l’éthanol. Puis, l’étude de l’adsorption du mélange eau et dioxyde de soufre a montré très clairement que le processus d’adsorption est déplacé en faveur de l’eau. Les quantités faibles de dioxyde de soufre adsorbées ne peuvent alors pas expliquer les pertes de dioxyde de soufre observées lors de la conservation des vins en bouteille. Enfin, l’étude du transfert d’oxygène au travers du liège a été réalisée grâce à une technique manométrique développée au laboratoire associant une approche expérimentale et la modélisation. Pour la première fois un coefficient de diffusion de l’oxygène dans le liège a été déterminé en tenant compte de la variabilité du matériau.During wine ageing, oxidation reactions occur and can lead to wine sensory defaults. The main factors involved in this phenomenon are oxygen and gas barrier properties of stoppers. During the last ten years, some studies investigated oxygen transfer during winemaking and wine storage. However, only few of them deal with the interactions between molecules and sealing materials. The material studied in this work is raw cork, without any treatment, neither washed nor surface treated (with paraffin or silicone). This Phd work focuses on mass transfer of some wine active molecules, in gas phase, through the cork. The selected molecules are water, ethanol, sulphur dioxide and oxygen. An adsorption thermodynamic study is performed on single compounds and on binary mixture, by means of thermogravimetric and differential calorimetry analysis. Three main results emerge from this study. First we show that the adsorption mechanism of single compounds varies according to the adsorbate. Water molecules are physisorbed whereas ethanol and sulphur dioxide are both physisorbed and chemisorbed. Moreover, a swelling phenomenon is highly suspected for water and ethanol. Then, adsorption of binary mixture of water and sulphur dioxide reveals that the equilibrium is shift in favour of water. Therefore, the small quantity of sulphur dioxide adsorbed cannot explain its concentration decrease during wine storage. Finally, a detailed study of oxygen transfer through cork, carried out by a manometric method developed in our laboratory, combines experimental and modeling approaches. For the first time, a diffusion coefficient of oxygen through cork is given by taking into account the cork material heterogeneity