Cet article s'appuie sur les travaux de Stéphane Ribes, tirés d'une présentation du juin 2019, que vous pouvez consulter ici.

La pression lors de l'extraction d'un expresso n'est pas déterminée uniquement par la résistance de la galette de café. La compression de l'air emprisonné au-dessus de la galette constitue en effet un facteur majeur qui régit la courbe de pression initiale. Trois variables déterminent cette compression : l'espace libre initial (1), le débit d'eau fourni par la pompe (2) et le débit d'eau pénétrant dans la galette de café (3).

En considérant un modèle de gaz parfait, on peut établir la formule suivante :

Les expériences avec un panier aveugle et une DE1PRO ont montré une concordance acceptable avec ce modèle.

Les questions suivantes peuvent être déduites de la présentation de Ribes :

Les expériences ont été réalisées à l'aide d'une machine à expresso Decent DE1PRO v1.1. Des essais avec panier aveugle ont permis d'isoler les effets de l'espace libre et du débit de la pompe. L'espace libre a été modifié en ajoutant de l'eau dans le panier aveugle, ce qui a permis d'obtenir des volumes d'air estimés à 36, 26, 16 et 10 cm³.

Les expériences sur le débit ont utilisé des débits initiaux de 1,0, 1,5, 2,0 et 4,0 ml/s. Lors de ces essais, le débit d'eau a été ramené à 0 ml/s lorsque la pression a atteint 7 bars.

Les expériences sur les galettes de café ont été réalisées avec 12 g dans un panier VST de 15 g, une douchette IMS SI 200 IM et des réglages de mouture EK43 compris entre 0,9 et 1,2. D'autres comparaisons pratiques ont porté sur différentes tailles de paniers et sur la comparaison entre les doulettes IMS CI 200 et SI 200.

Tout d'abord, le panier aveugle a été utilisé pour déterminer dans quelle mesure la modification du volume d'air piégé influe sur l'accumulation de pression, indépendamment du café. Ensuite, le débit de la pompe a été modifié tout en maintenant un espace libre comparable. Puis, du café a été ajouté afin de distinguer l'effet de l'eau pénétrant dans la galette de celui de la résistance de la galette elle-même. Enfin, la taille du panier et la configuration de la douchette ont été modifiées afin de vérifier si ces principes expliquaient également les différences observées lors de préparations d'expresso en conditions réelles.

Le graphique ci-dessous montre une relation positive évidente entre l'espace libre et le temps nécessaire pour atteindre 7 bars à un débit de 1 ml/s.

Environ 10 cm³ ont nécessité 15 s, 16 cm³ environ 21 s, 26 cm³ environ 28 s et 36 cm³ environ 32 s. Ainsi, un volume d'air piégé plus faible est comprimé plus rapidement et entraîne une augmentation de la pression plus rapide et plus marquée.

En d'autres termes, à mesure que l'espace libre diminue, le temps nécessaire pour atteindre 7 bars à un débit de 1 ml/s diminue de manière significative.

La relation inverse avec le débit est encore plus marquée. Le temps nécessaire pour atteindre 7 bars est passé d'environ 32 s à 1 ml/s à 23 s à 1,5 ml/s, 17 s à 2 ml/s et seulement 9 s à 4 ml/s. Un débit plus élevé a également entraîné un dépassement de pression progressivement plus important après le déclenchement de la coupure à 7 bars, ce qui montre que le système hydraulique continue de réagir après l'arrêt du débit de la pompe.

En d'autres termes, des débits d'eau d'entrée plus élevés réduisent considérablement le temps nécessaire pour atteindre 7 bars. De plus, le dépassement de pression augmente à mesure que le débit d'eau d'entrée augmente.

Le fait de modifier le réglage de l'EK43 de 0,9 à 1,2 a entraîné une forte diminution de la pression d'extraction maximale, qui est passée d'environ 12 bars à 3–4 bars. En revanche, le temps supplémentaire nécessaire pour atteindre 3 bars, par rapport au panier aveugle, est resté proche de 4,5 à 5,0 s. Une mouture trop fine a produit une courbe de pression similaire à celle obtenue avec le panier aveugle, mais décalée dans le temps. Ce retard initial était principalement dû à la pénétration de l'eau dans la galette de café plutôt qu'à une résistance hydraulique liée à la mouture.

Cela corrobore l'observation principale selon laquelle, lors d'une pré-infusion relativement lente, le retard de montée en pression causé par la saturation de la galette n'est que faiblement influencé par la taille de la mouture.

Avec une dose de 18 g et une mouture EK1.8 identiques, le passage d'un panier VST de 20 g à un panier VST de 22 g, plus haut, a entraîné une augmentation de l'espace libre. Le délai supplémentaire mesuré avant l'augmentation de la pression est passé d'environ 5,0 à 7,5 s, tandis que la pression d'extraction maximale a diminué. Malgré des courbes de pression différentes, les deux exemples ont donné un rendement d'extraction de 19,9 %.

Avec une dose de 15 g dans le même panier, le passage de la douchette IMS CI 200 à la douchette SI 200 n'a eu qu'un effet minime sur l'espace libre et, par conséquent, sur le délai de pression : environ 6,0 contre 5,5 s. Les rendements d'extraction étaient respectivement de 20,4 % et 21,3 %. La SI 200 a entraîné une baisse de pression plus progressive ; l'explication avancée est la distance plus courte par rapport à la surface de la galette, bien que des essais supplémentaires soient nécessaires pour confirmer cette hypothèse.

Lors d'une deuxième comparaison, le passage simultané du CI 200 + VST 15 g au SI 200 + VST 20 g, avec une dose de 18 g et le même réglage EK1.8, a fait passer le temps nécessaire pour atteindre 2 bars de 14 à 16 s. La pression maximale plus faible a été attribuée à l'effet combiné de l'augmentation de l'espace libre et des trous plus larges du panier VST 20 g.

Les expériences indiquent que la courbe de pression initiale de l'expresso peut être largement interprétée comme la compression d'un volume d'air emprisonné par l'accumulation nette d'eau au-dessus de la galette de café. L'espace libre et le débit de la pompe déterminent la rapidité avec laquelle cette compression se produit, tandis que l'eau pénétrant dans le café la retarde. La géométrie du filtre influence donc indirectement la pression par son effet sur l'espace libre.

1. Comment l'espace libre initial influence-t-il la vitesse et le moment de la montée en pression ?

2. Comment le débit de la pompe influence-t-il la courbe de pression et le dépassement de pression ?

3. Comment la pénétration de l'eau dans la galette de café, en particulier selon les différentes moutures, influence-t-elle le délai avant que la pression n'augmente ?

4. Comment les modifications concrètes de la taille du panier et de la configuration de la douchette affectent-elles l'espace libre et le profil de pression qui en résulte ?

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