Study of mechanical properties and mass transfer of agglomerated cork stoppers for sparkling wine conservation.
Etude des propriétés mécaniques et de transfert de matière des bouchons en liège aggloméré et application à la conservation des vins effervescents.
Résumé
The agglomerated cork stopper plays a key role in the preservation of sparkling wines because the gas exchanges (CO2 and O2) between the wine and the external environment depend on the stopper. The objective of this work is to determine the mechanical and barrier properties of agglomerated cork stoppers in order to identify the formulation parameters that can impact these properties, and highlight several critical points, which must be controlled during the process.The characterization of the agglomerated cork structure has revealed a large intergranular porosity, which is greatly reduced when smaller cork granules are used and when the cork is compressed in the bottleneck.The study of the mechanical properties of agglomerated cork shows that the elasticity of the material increases with the hydration of the material, the use of small cork granules and adhesive polymer with a low proportion of crystalline phase. On the other hand, the adhesive content within the agglomerated cork does not seem to have an impact on the mechanical properties.Concerning the transfer properties of agglomerated cork stoppers for sparkling wines, the CO2 diffusion coefficients were measured, for the first time, in the various parts of the stopper (agglomerated body, adhesive film, cork disc). The diffusion is essentially governed by a surface diffusion mechanism through the adhesive network. The more the adhesive network is homogeneous within the agglomerated body and between the two washers, the higher the barrier properties will be. Compression of the cork in the bottleneck greatly increases the barrier properties.Finally, it seems that the mechanical and transfer properties of agglomerated cork are slightly impacted by the aging provided that the network of polyurethane glue is not in contact with a highly concentrated ethanol medium, due to solvolysis phenomena that can occur and thus cause a strong degradation of the barrier and mechanical properties of the material.Keyword: Natural cork, agglomerated cork, structure, mechanical properties, gas transfer, surface diffusion, aging
Le bouchon en liège aggloméré joue un rôle clé dans la conservation des vins effervescents car c’est de lui que dépendent les échanges de gaz (CO2 et O2) entre le vin et le milieu extérieur. L’objectif de cette thèse est de déterminer les propriétés mécaniques et barrières des bouchons en liège aggloméré afin d’identifier les paramètres de formulation pouvant impacter ces propriétés et mettre en avant des points critiques, qu’il est nécessaire de contrôler au cours de la fabrication.La caractérisation de la structure du liège aggloméré a permis de mettre en évidence une porosité intergranulaire importante, qui est fortement réduite lorsque l’on utilise des granulés de liège de plus petite taille et lorsque le bouchon est comprimé dans le goulot.L’étude des propriétés mécaniques du liège aggloméré montre que l’élasticité du matériau augmente avec le taux d’hydratation du matériau, l’utilisation de granulés de liège de petites tailles et l’emploi d’un polymère adhésif dont la proportion de phase cristalline est faible. En revanche, la teneur en adhésif au sein du liège aggloméré semble ne pas avoir d’impact sur les propriétés mécaniques.Concernant les propriétés de transfert des bouchons pour vins effervescent de type A2R, les coefficients de diffusion du CO2 ont été mesurés, pour la première fois, dans les différents composants du bouchon (manche, film de colle, rondelle de liège). Le transfert est essentiellement régit par un mécanisme de diffusion de surface au travers du réseau d’adhésif. Plus le réseau d’adhésif est homogène au sein du corps aggloméré et entre les deux rondelles, plus les propriétés barrières seront élevées. La compression du bouchon dans le goulot augmente fortement les propriétés barrières.Enfin, il semblerait que les propriétés mécaniques et de transfert du liège aggloméré soient peu impactés par le vieillissement à condition toutefois que le réseau de colle polyuréthane ne soit pas en contact direct avec un milieu très concentré en éthanol car dans ce cas des phénomènes de solvolyse entrainent une forte dégradation des propriétés barrières et mécaniques du matériau.Mots clés : Liège naturel, liège aggloméré, structure, propriétés mécaniques, transfert de gaz, diffusion de surface, vieillissement.
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