1. Introduction
Cette étude de Stéphane Ribes (avril 2020) évalue les impacts physiques et chimiques des débits de pré-infusion sur la dynamique d'extraction de l'expresso, en utilisant une torréfaction d'expresso légère à moyenne. En s'appuyant sur la plateforme Decent Espresso, cette étude examine comment la variation des débits d'eau initiaux pendant la pré-infusion modifie la pression d'extraction maximale, le rendement en expresso, la teneur totale en solides dissous (TDS) et le rendement d'extraction (EY), tout en maintenant constantes d'autres variables telles que la mouture et la température.
2. Questions
En quoi la modification du débit de pré-infusion influe-t-elle sur la pression maximale et la vitesse d'extraction lorsque la dose, la mouture et le rendement visé restent constants ?
Quel est l'impact du débit de pré-infusion sur le rendement d'extraction (EY) d'une torréfaction expresso ?
Comment faut-il adapter le poids de la dose de café en fonction des différents débits de pré-infusion afin de maintenir une pression d'extraction maximale constante (~6 bars) ?
3. Méthodologie
Machine et configuration : Machine à expresso Decent DE1PRO v1.1 équipée d'un joint en silicone Cafelat de 8,0 mm et d'une douchette IMS SI 200 IM (sans entretoise).
Moulin et préparation : Moulin Mahlkönig EK43 S équipé de meules SSP « High Uniformity ». La préparation du tassé a été réalisée à l'aide d'un gobelet en acier inoxydable à double paroi, d'un outil Londinium WDT avec entonnoir Decent, d'un outil de préparation de tassé Hog monté sur un support vertical, et d'un tasseur The Force doté d'une base plate et lisse de 58,5 mm (appliqué deux fois).
Eau et protocole thermique : porte-filtre préchauffé à 70 °C dans une bouilloire ; panier et douchette entièrement séchés avant chaque préparation de café. Eau reminéralisée de Montille (alcalinité de 50 ppm de CaCO₃, dureté de 125 ppm de CaCO₃). Extraction réalisée à l'aide d'un profil hybride « Levier-expresso saturé » à 85 °C avec un débit d'extraction principal cible de 2,5 ml/s.
Café et dosage : Colombia Huila Tesoro Gigante (Natural, torréfaction espresso par le torréfacteur « OR »). Panier VST de 15 g sans arête avec une dose de 13 g visant un rendement de 30 g (rapport d'infusion de 2,3) sur une durée totale de préparation de 33 secondes.
Mesure : réfractomètre Atago PAL remis à zéro avec de l'eau ajustée ; tous les échantillons ont été mesurés à température ambiante sans filtration, en prenant la moyenne de 3 à 5 lectures par échantillon.
Vous trouverez ci-dessous les paramètres utilisés pour le profil hybride « Levier-expresso saturé » :
4. Procédure
1. Balayage du débit à dose fixe : Cinq débits de pré-infusion ont été testés (2,4 ml/s, 3,0 ml/s, 4,0 ml/s, 6,0 ml/s et 8,0 ml/s) en utilisant une dose de café identique de 13 g, une mouture identique et un rendement cible identique (30 g en 33 secondes).
2. Profil de pression et analyse du rendement d'extraction (EY) : Mesure de la pression maximale (en bars) et du rendement d'extraction (EY %) correspondants pour chaque réglage de débit de pré-infusion.
3. Étalonnage de l'ajustement de la dose : Réalisation d'une deuxième série de tests consistant à ajuster le poids de la dose (de +0,3 g à -0,3 g) en fonction des différents débits de pré-infusion afin de normaliser et d'atteindre une pression maximale cible d'environ 6 bars.
5. Résultats
Voici les résultats obtenus lors des expériences, d'abord avec une dose constante de 13 g, puis en ajustant la dose vers le haut ou vers le bas :
Le tableau suivant présente l'ensemble des résultats des expériences en un seul aperçu :
Ces résultats fournissent des informations clés sur la manière dont les débits de pré-infusion influencent la dynamique hydraulique de l'extraction et celle de la galette :
Comportement non linéaire de la pression maximale (dose fixe de 13,0 g) : La pression maximale d'extraction suit une courbe non linéaire en forme de U à mesure que le débit de pré-infusion augmente. À de faibles débits (2,4\\mL/s), la pression atteint un pic d'environ 6,4 bars. Les débits moyens (3,0–4,0 ml/s) entraînent une baisse des pressions maximales (environ 4,6–4,8 bars) en raison d'un compactage précoce réduit du lit de café. Les débits élevés (6,0–8,0 ml/s) remplissent et compactent violemment la galette dès le début, ce qui fait grimper brusquement les pressions d'extraction maximales jusqu'à environ 8,7–8,8 bars.
Ajustement inversé de la dose pour la normalisation de la pression (objectif de 6 bars) : Afin de maintenir une pression de pointe uniforme de 6 bars, le poids de la dose doit compenser de manière inverse la compression de la galette. Les débits moyens (3,0–4,0 ml/s) nécessitent d'ajouter du café (+0,3 g, soit un total de 13,3 g) pour augmenter la résistance du lit à environ 6,2 bars. Les débits élevés (6,0 à 8,0 ml/s) nécessitent de retirer du café (-0,3 g, soit un total de 12,7 g) afin de réduire la résistance et de ramener la pression de crête à environ 6,0 bars.
Invariance du rendement d'extraction (EY) : quel que soit le profil — dose fixe ou dose adaptée —, le rendement d'extraction reste pratiquement constant entre 19,5 % et 20,0 %. Cela confirme que le débit de pré-infusion agit principalement comme un levier physique pour le contrôle de la pression hydraulique et de la dynamique d'écoulement, plutôt que comme un facteur chimique favorisant la dissolution.
6. Conclusion
Les résultats expérimentaux démontrent comment les débits de pré-infusion modulent la résistance du lit de café et la compression de la galette, ce qui permet de déterminer les compensations de dose nécessaires pour maintenir les pressions d'extraction cibles.
En quoi la modification du débit de pré-infusion influe-t-elle sur la pression maximale et la vitesse d'extraction lorsque la dose, la mouture et le rendement visé restent constants ?
Les débits de pré-infusion moyens (3,0–4,0 ml/s) produisent les pressions d'extraction maximales les plus faibles (environ 4,6–4,8 bars) en raison d'une compression initiale moindre du lit de café. Les débits de pré-infusion élevés (6,0–8,0 ml/s) remplissent et compressent fortement la galette de café dès le début, ce qui fait grimper les pressions maximales à environ 8,7–8,8 bars.
Quel est l'impact du débit de pré-infusion sur le rendement d'extraction (EY) d'une torréfaction expresso ?
Le débit de pré-infusion n'a pratiquement aucun effet sur le rendement d'extraction. Dans toutes les conditions d'essai — tant sans ajustement de dose qu'avec ajustement de dose —, le rendement d'extraction reste confiné dans une fourchette étroite comprise entre 19,5 % et 20,0 %.
Comment faut-il adapter le poids de la dose de café en fonction des différents débits de pré-infusion afin de maintenir une pression d'extraction maximale constante (~6 bars) ?
Pour des débits de pré-infusion modérés (3,0–4,0 mL/s), la dose doit être augmentée de +0,3 g (13,3 g) afin de créer une résistance suffisante au niveau du lit de café. Pour des débits de pré-infusion rapides (6,0–8,0 mL/s), la dose doit être réduite de -0,3 g (12,7 g) afin de diminuer la résistance et d'éviter des pressions maximales élevées.
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