L'Alchimie du Café

Par le Dr Ernesto ILLY,  président de la Société illy caffe, à Trieste.

Article paru dans ®Pour la Science N°298 d'Août 2002 reproduit avec l'aimable autorisation de l'éditeur conformément à la loi du 11 mars 1957.
Tout droits réservés.

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La torréfaction libère quelque 800 molécules volatiles. Les plus odorantes sont extraites de la mouture, avec la caféine; certaines sont transportées par des huiles qui confèrent à l'expresso sa texture, son goût et sa tenue en bouche.

Quoi de plus réconfortant qu'une bonne tasse de café?

La fumée odorante qui s'élève, chargée des senteurs de grains fraîchement torréfiés, attire les promeneurs vers les cafés, et tire les dormeurs de leur sommeil. Des millions de personnes cèdent chaque jour à l'attrait du café qui stimule et avive l'esprit. Pourtant, ce breuvage si simple et si usuel dissimule une alchimie qui, des champs de caféiers jusqu'à la torréfaction, assemble et dose les centaines de composés qui définissent son goût, son arôme et son corps.

Pour les connaisseurs, l'expresso symbolise l'art du café [NDLR : pour Mon-Café, il s'agit juste d'un mode préparation comme un autre]. Ce breuvage sombre et opaque est couvert d'une mousse dense, veloutée et persistante. Elle est composée de petites bulles de gaz, emprisonnées dans une très mince pellicule liquide. La fonction de cette pellicule est double : d'une part, elle empêche les arômes de s'échapper en les confinant dans le gaz et, d'autre part, elle limite les échanges de chaleur avec l'air ambiant, empêchant que la boisson ne refroidisse. Un expresso est une boisson préparée à la demande «expresse» du client : on fait passer rapidement une petite quantité d'eau chaude sous pression, à travers un bloc de café torréfié finement moulu et comprimé. L'extrait concentré ainsi obtenu contient des petites particules solides issues des grains de café, et diverses substances aromatiques dissoutes dans une émulsion de fines gouttelettes d'huile.

Le café voit le jour dans les champs d'Équateur ou d'Éthiopie, par exemple, poursuit sa route jusqu'aux hangars où il est traité, puis vers les chaînes de torréfaction, avant de trouver sa forme achevée, prête à la consommation. Nous allons examiner ces quatre principales étapes.

Les grains de café vert sont les graines de plantes de la famille des rubiacées, qui compte au moins 66 espèces du genre Coffea. Les deux variétés exploitées commercialement sont Coffea Arabica, qui représente les deux tiers de la production mondiale, et Coffea Canephora, que l'on nomme souvent café Robusta, et qui représente le dernier tiers. Les plants de café Robusta et toutes les espèces sauvages de café sont pourvues de 22 chromosomes. L'Arabica en a 44. De ce fait, on ne peut croiser l'Arabica avec d'autres variétés de café.

Les champs de caféiers

Le caféier Robusta a un rendement élevé et résiste aux maladies. Sous les climats chauds et humides, il atteint 12 mètres de hauteur. Le café obtenu a du corps, un arôme relativement âpre et terreux, et une concentration en caféine élevée, comprise entre 2,4 et 2,8 pour cent du poids de la baie. Bien qu'il soit commercialisé par de nombreux fournisseurs, le Robusta ne donne pas un très bon café.
 
L'Arabica, provenant des hauts plateaux éthiopiens, est un arbre au rendement moyen, voire faible. Assez fragile, il atteint cinq à six mètres de hauteur, mais exige un climat tempéré et beaucoup de soins. On taille les caféiers pour qu'ils ne dépassent pas 1,5 à 2 mètres de hauteur. Le café préparé à partir de grains d'Arabica a un arôme riche et intense, aux notes florales et fruitées qui évoquent le miel, le chocolat, le caramel ou le pain grillé. Sa teneur en caféine ne dépasse jamais 1,5 pour cent du poids de baie. Sa qualité et son goût supérieurs lui valent d'être vendu plus cher que son cousin, plus fruste et plus âpre.

La maturation du café Arabica nécessite près de sept mois d'un temps chaud et humide, de la floraison jusqu'à l'apparition des premiers fruits rouges ou jaunes, les «cerises». Chacune de ces cerises contient deux graines oblongues : les grains de café. Les cerises doivent être cueillies à maturité, ce qui requiert une main expérimentée, car sur un même rameau peuvent coexister des baies mûres, des baies immatures et des fleurs!

La cueillette manuelle est la plus performante, car les instruments, même les plus perfectionnés, ne distinguent pas les fruits mûrs. Pour une seule tasse d'expresso, il faut 50 à 55 grains de café torréfiés ; un seul grain défectueux peut gâcher le tout.

La qualité des grains dépend du patrimoine génétique des plantes, mais également du sol où elles sont cultivées et du climat, c'est-à-dire notamment de l'altitude, de la pluviométrie et de l'ensoleillement, ainsi que des variations quotidiennes de la température. Si l'on ajoute la diversité des procédés de torréfaction, l'ensemble de ces facteurs aboutit à d'infinies nuances dans le goût des grains et des mélanges que réalisent les fournisseurs.

Préparation des fèves et torréfaction

Les cerises de café sont traitées immédiatement après leur récolte, pour qu'elles ne s'abîment pas. Les producteurs commencent par étaler les cerises dans une cour au soleil, sur des claies, et ils les remuent souvent à mesure qu'elles se dessèchent. Ainsi, elles sont réchauffées et aérées régulièrement. Lorsque les deux enveloppes, la parche et la pellicule qui protègent les grains ainsi que la pulpe sont sèches, on les élimine par un procédé de décorticage en «pilant» les fruits ; les grains — ou fèves — de café sont alors triés et mis en sac. Ce procédé par voie sèche est essentiellement appliqué au café Robusta. Au contraire, Arabica est traité par voie humide. La pulpe des fruits est éliminée par fermentation, puis les fruits sont lavés et débarrassés de la parche et de la pellicule. Les fèves sont séchées, nettoyées, calibrées, puis ensachées. On cherche à réduire l'humidité de la graine de café, de 65 pour cent à 10 pour cent. Pour obtenir un bon café, on doit impérativement partir d'un café vert irréprochable. Les producteurs de café haut de gamme utilisent de nombreuses techniques pour minimiser la proportion des grains défectueux, par exemple la fluorescence par les ultraviolets qui révèle les grains moisis, ou encore la visualisation trichromique qui fournit une empreinte colorimétrique (jaune-vert, rouge et infra-rouge) des lots de grains de café. Lorsque les grains de café sont triés pour être ensachés, ils passent devant des cellules photoélectriques qui détectent les coques vides, les-quelles sont éliminées par un jet d'air comprimé. Cette opération de tri est rapide (400 grains de café par seconde) et sa précision dépasse celle des yeux les plus entraînés. Une fois le café traité, il doit être torréfié, pour que l'arôme du café se développe : on chauffe les grains à très haute température, amorçant des réactions chimiques qui multiplient les substances volatiles à l'intérieur du café. Tandis que l'arôme de café vert (non torréfié) est constitué de quelque 250 molécules volatiles, le café torréfié en comprend plus de 800!

En quelques chiffres   Avec plus de 400 milliards de tasses consommées chaque année, le café est la boisson la plus populaire au monde (en dehors de l'eau, bien sûr). ✹ Le  café occupe la deuxième place des produits commercés dans le monde après le pétrole en termes de dollars échangés dans le monde entier (environ $ 10,4 milliards de dollars en exportations en 2000). ✹  Selon un sondage réalisé par la SCAA en 2001 auprès d'un échantillon de 3000 Américains : 52% des adultes (âgés de plus de 18 ans) aux États-Unis, déclarent boire du café tous les jours, soit 107 millions de buveurs quotidiens. 28 autres % des adultes (57 millions) déclarent boire du café de façon occasionnelle. Un buveur de café  américain consomme, en moyenne, de 3.3 tasses de café par jour. ✹  Une controverse se poursuit quant à savoir si la culture du café d'ombre doit être encouragée afin d'améliorer les habitats des oiseaux. En fait de qualités arômatiques, les cafés d'ombre sont très réputés. ✹ Le café et la caféine ont été l'objet de nombreuses études scientifiques au cours de le dernier quart d'un siècle, avec 1500 à 2000 articles publiés chaque année sur le sujet. Malgré cela , peu d'effets négatifs sur la santé ont pu être imputés définitivement  à la consommation modérée (deux tasses par jour) de la caféine du café. En fait, les travaux récents indiquent que le café torréfié peut être une bonne source d'antioxydants.

Une machine à torréfier est un énorme cylindre rotatif chauffant, où les grains de café sont portés à 240 °C. Sous l'effet de la chaleur, l'eau toujours présente dans les grains se transforme en vapeur. Les sucres, les lipides et les éléments minéraux qu'elle contient subissent diverses réactions chimiques. Un grain de café parvenu à maturité est constitué de cellules dont les parois ont une épaisseur exceptionnelle dans le règne végétal : jusqu'à sept micro-mètres. Au cours de la torréfaction, ces cellules servent de minuscules réacteurs, où se développent le goût et la flaveur du café ; la flaveur est une combinaison des sensations olfactive et gustative que l'on a des aliments.

Au contraire d'un grain mûr, un grain de café immature a des parois cellulaires trop minces pour que les réactions chimiques nécessaires s'y déroulent correctement. De même, ces grains immatures sont dépourvus de certains précurseurs des protéines aromatiques indispensables à l'élaboration du goût du café. Les grains pourris sont constitués de cellules vidées de leur contenu par les moisissures et par les bactéries.

La torréfaction se déroule en plusieurs étapes. Entre 185 et 240 °C, les sucres se combinent aux acides aminés, aux peptides et aux protéines ; des réactions chimiques dites de Maillard se produisent durant cette phase de «caramélisation». Les produits de cette réaction sont la glycosamine et des mélanoïdines, composés de couleur brune, doux-amers, qui confèrent au café sa saveur dominante. Du dioxyde de carbone est libéré : environ 12 litres par kilo-gramme de café torréfié.


Au terme de ce processus, le volume de chaque grain de café a augmenté de moitié et la masse a diminué du cinquième de sa valeur initiale.

La torréfaction peut durer de une minute et demie à... trois quarts d'heure, selon les méthodes utilisées. Une torréfaction brève, nécessitant un apport de chaleur considérable, empêche que les grains perdent trop de poids ; en revanche, elle donne au café une amertume et un goût de métal, dus à la présence de polyphénols qui n'ont pas eu le temps de réagir complètement.

Au contraire, une torréfaction prolongée, souvent utilisée dans les pays pauvres dont les consommateurs ne peuvent pas toujours payer des grains de qualité, élimine le goût de métal, mais laisse tous les arômes s'échapper des fèves : le café devient amer.

En général, on choisit une durée intermédiaire de 12 minutes. La température peut être également ajustée. Une température trop élevée nuit à la richesse des arômes et favorise l'amertume. De même, des températures trop basses ne per-mettent pas aux arômes de se développer, et le café est acide.

La saveur du café

Les chimistes étudient les arômes qui se dégagent durant la torréfaction des fèves, en utilisant la chromatographie en phase gazeuse, ainsi que l'olfactométrie, c'est-à-dire en faisant appel à des testeurs professionnels qui hument les échantillons et identifient les constituants d'un mélange. La spectrométrie de masse fournit la nature chimique de chaque substance odorante. Quand on respire les constituants séparés par spectrométrie, on reconnaît l'odeur de la rose, du thé Darjeeling, du chocolat, de la vanille et de la violette, ou encore celle de la truffe, de la soupe, du fromage, de la transpiration, des confiseries et même l'odeur de chat, qui, diluée, rappelle l'odeur du sauvignon blanc, mais qui, concentrée, est écoeurante. On repère généralement les odeurs dominantes. Imaginez que vous écoutiez l'enregistrement d'un choeur de 800 chanteurs (les 800 espèces chimiques du café), au milieu desquels s'élèvent les voix puissantes de Jessye Norman, de Luciano Pavarotti et d'autres virtuoses, qui dominent l'ensemble. Quand le volume est faible, les voix les plus fortes sont les seules à ressortir. De même, quand on dilue l'arôme du café, seuls persistent les composés les plus intenses. Mal-heureusement, les molécules les plus odorantes dans un échantillon de café sont celles que dégagent les fèves défectueuses. Des molécules, telles que l'éthylbutanoate et l'éthylglycolate, responsables de l'arôme désagréable des grains de café immatures, peuvent gâter une tasse de café. De même, le méthylisobornéol et le trichloroanisol confèrent aux cafés Robusta leur odeur caractéristique de terre. Le trichloroanisol, également nommé le goût de Rio parce qu'il fut découvert pour la première fois dans les cafés cultivés dans les environs de Rio de Janeiro, peut aussi être présent dans les vins qui ont un goût de bouchon. Le système olfactif humain est extrêmement sensible à cette substance, puisqu'il perçoit six millionièmes de milliardième de gramme par millilitre. La dernière étape pour la préparation d'une tasse d'expresso est l'extraction par de l'eau chaude des composés aromatiques présents dans le café moulu. L'interaction de l'eau avec le café moulu diffère selon qu'on prépare un café filtre ou un expresso. Lors de la préparation d'un café filtre, l'eau traverse un agrégat peu compact de parti-cules de café moulu de taille moyenne. Pendant les quatre à six minutes de contact avec l'eau bouillante, la majeure partie des substances solubles présentes dans le café torréfié se dissout dans l'eau : de nombreuses espèces acides et la caféine sont entraînées dans la tasse. Au contraire, le temps de percolation beaucoup plus court utilisé pour la préparation d'un expresso laisse passer moins d'acides et seulement 60 à 70 pour cent de la caféine. La préparation d'un expresso nécessite une machine où l'eau est portée à une température comprise entre 92 et 94 °C, sous une pression de neuf atmosphères. Le café moulu est placé dans un petit récipient perforé. Les particules compactées adhèrent grâce à une mince pellicule d'huile visqueuse. L'ensemble constitue un labyrinthe très dense de minuscules conduits d'air. La résistance hydraulique d'un tel assemblage est légèrement inférieure à la pression de l'eau chaude, de sorte que le liquide s'écoule à une vitesse de l'ordre de un millilitre par seconde. Le temps de percolation idéal pour la fabrication d'un expresso est égal à 30 secondes. En 30 secondes, un serveur de bar expérimenté prépare 30 millilitres de café serré, recouvert de l'indispensable mousse. Si la mousse est claire, cela signifie que l'extraction n'a pas été suffisante, probablement parce que la mouture était trop grossière, que la température était trop basse ou le temps d'extraction trop court. Si la crème est très foncée et qu'elle est «trouée» en son centre, cela signifie que la mouture était trop fine, ou la quantité de café excessive. Un expresso dont l'extraction a été trop longue a une mousse blanche à grosses bulles ; dans ce cas, l'eau était sans doute trop chaude. Quand il y a juste un tout petit peu de mousse au centre de la tasse, c'est que le temps d'extraction a été trop long.

En quelques dates    1000 - 500 Av JC - La tribu nomade Oromos, vivant dans le royaume de Kefa (de nos jours Éthiopie),  mangeait du café, broyé, mélangé à de la graisse et modelé en forme de balle de golf  en guise d'apéritif.   Autour de 600 Av JC . Le café est introduit par les commerçants à travers la mer Rouge en Arabie (actuel Yémen). Au XVe et XVI e S . Les grains de café, jusque là  monopole d'Arabie, sont introduit en Turquie, en Syrien et en  Egypte par les pèlerins musulmans de retour de La Mecque.  Des Maisons de Cafés s'ouvrent à l'image de ceux d'Arabie à Constantinople, Damas et d'autres villes du Proche-Orient, où les commerçants européens, en particulier les Vénitiens, découvrent dans la boisson. Au XVIIe S. appelée "l'amère invention de Satan," les conseillers du Pape Clement VIII le supplient instamment de rejeter la boisson préférée des infidèles Ottomans. A contrario, il décide de donner  la bénédiction papale au café, ce qui le rend acceptable aux catholiques. 1616 ap JC -  Des entrepreneurs néerlandais commencent commercer le café à grande échelle à partir de plantations du Yémen. En 1658 (selon certaines sources, les années 1690), les Néerlandais cultivent de plus en plus de café à Ceylan et dans leur colonie des Indes orientales de Java. 1714 - Le maire d'Amsterdam présente au roi de France Louis XIV,  une usine de transformation de café de Java. 1723 - Gabriel Mathieu de Clieu, un officier de la marine française, introduit trois plants de café (obtenus de la Royal Botanical Gardens dans des circonstances douteuses)  après un périlleux voyage à la Martinique, où il développe une unité de production. 1727 Après avoir été appelé à arbitrer un différend frontalier entre les deux colonies de café, Guyane hollandaise et de la Guyane, Francisco de Melo Palheta, un fonctionnaire portugais brésilien, subtilise plusieurs plants de café . 1903 - café importateur allemand Ludwig Roselius perfectionne café décaféiné. 1933 - Francesco Illy brevets de la première machine à espresso automatique. 1961 - Valente Ernesto de Faema, un fabricant italien de machines à café, l'archétype de la conception moderne de la machine à espresso.

Quels sont les autres composants libérés par l'extraction? La percolation entraîne des substances situées en surface des particules de café, telle l'huile chargée d'arômes et des fragments des cellules constituant les grains de café. La pression élevée qui règne dans la machine à expresso crée une émulsion entre cette huile et l'eau, de sorte qu'une tasse contient environ 100 milligrammes d'huile aromatisée. Du dioxyde de carbone est libéré par les pores des parois cellulaires contenues dans la poudre, et il en résulte une légère effervescence.

Si l'on prend en compte tous les éléments cités, un expresso est un système colloïdal polyphasique, c'est-à-dire un fluide où les molécules d'eau sont liées aux bulles de gaz, aux gouttelettes d'huile et aux particules en suspension (toutes mesurent moins de cinq micromètres). Cette suspension confère à la boisson du «corps», une viscosité élevée et une faible tension superficielle. Un expresso recouvre la langue et continue à libérer ses arômes volatils dissous dans l'émulsion d'huile : on peut encore perce-voir la flaveur et l'arôme d'un expresso pendant une vingtaine de minutes, après que la tasse a été bue... et l'on n'a pas besoin de connaître les détails de la chimie du café pour en apprécier toute la saveur.

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Bibiographie
Caffeine, Coffee and Health, sous la direction de S. Garittini, Raven Press, 1993.
A. ILLY et R. VIANI, Espresso Coffee : The Chemistry of Quality, Academic Press, 1995.
R. CLARKE et O. VITZTHUM, Coffee : Recent Developments, Blackwell Science, 2001.

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