Pourquoi le pain gonfle-t-il ?
― Fabriquer les bulles est facile, les retenir est difficile
Juste après le pétrissage, la pâte est une masse lourde et compacte. En quelques heures, elle double de volume, puis grossit encore à la cuisson, et une fois coupée, elle révèle une multitude de petits trous. Ce n'est pas de l'air qu'on y a ajouté. Un gaz se forme à l'intérieur. Mais la vraie difficulté n'est pas de produire ce gaz : c'est de l'empêcher de s'échapper.
Pain de mie ou baguette, une fois coupés, laissent voir une multitude de petits trous serrés. On les enfonce du doigt, ils s'affaissent puis reprennent leur forme.
Que contiennent ces trous ? On pense souvent à de l'air, mais ce n'est pas le cas. Ce n'est pas de l'air incorporé pendant le pétrissage.
Ces trous contiennent en réalité un gaz créé à l'intérieur même de la pâte. Ce gaz est produit par un micro-organisme, la levure, qui consomme les sucres de la pâte et rejette du dioxyde de carbone.
Mais si c'était tout, la même chose se produirait dans la bière ou l'eau gazeuse. Ce qui rend le pain particulier, c'est que ces bulles restent piégées au lieu de s'échapper.
Elle décompose les sucres du blé et libère du dioxyde de carbone et de l'alcool. Une partie de l'odeur du pain provient de cet alcool.
Les protéines du blé forment un réseau élastique, comme du caoutchouc. Ce réseau s'étire et retient les bulles sans se rompre.
Produire du gaz, il existe de nombreux moyens. Le vrai défi, c'est le point 2 : quelque chose que seul le blé sait faire. Voyons cela dans l'ordre.
Le gaz en lui-même, on peut en produire à volonté
La levure décompose les sucres de la pâte et rejette du dioxyde de carbone et de l'alcool. Cette légère odeur aigre-douce qu'on sent en passant devant une boulangerie, c'est en partie cet alcool (il s'évapore presque entièrement à la cuisson).
En quantité, deux cuillères à café de sucre suffisent à produire presque l'équivalent de deux bouteilles de 1,5 litre de dioxyde de carbone. Le calcul détaillé se trouve dans le volet dépliable à la fin, mais retenez que c'est plus de cinq fois la quantité nécessaire pour faire gonfler la pâte.
Autrement dit, le gaz ne manque pas. Il est même en excès. Et pourtant, avec une farine autre que celle de blé, la pâte ne gonfle pas bien. Le problème n'est donc pas la production.
les retenir est difficile.
Le « réseau » que seul le blé sait fabriquer
Quand on ajoute de l'eau à la farine de blé et qu'on pétrit, deux types de protéines de la farine se lient entre elles et forment un réseau. Ce réseau, étiré, s'amincit et s'étend ; relâché, il se rétracte. Une propriété proche de celle d'un ballon en caoutchouc.
Grâce à ce réseau, le gaz reste emprisonné sous forme de bulles, et en repoussant la pâte, il fait gonfler l'ensemble. Sans ce réseau, le gaz s'échapperait simplement par la surface, et la pâte ne gonflerait pas.
Si le pain à base de farine de riz ou de sarrasin est difficile à réussir, c'est parce que ces farines manquent, ou presque, des protéines qui forment ce réseau. Le gaz est produit, mais il n'est pas retenu. Ce n'est donc pas une « farine qui gonfle », mais une « farine capable de retenir les bulles ».
Et le pétrissage sert justement à développer ce réseau. Un simple mélange ne suffit pas à lier les protéines entre elles. C'est en étirant la pâte, encore et encore, que le réseau se construit peu à peu.
Cela peut surprendre, mais un gaz peut difficilement créer une bulle là où il n'y a absolument rien. Il lui faut un tout petit interstice de départ.
Dans le pain, ce point de départ, ce sont de minuscules bulles d'air invisibles, piégées pendant le pétrissage. Le dioxyde de carbone produit par la levure se dissout d'abord dans la pâte, puis migre vers ces petites bulles existantes, qui grossissent peu à peu.
Le nombre de trous dans le pain est donc presque déterminé dès le pétrissage. Ce ne sont pas de nouvelles bulles qui apparaissent ensuite, mais des bulles déjà présentes qui grandissent. C'est pour cela que la façon de manipuler la pâte change la texture du pain.
Le même phénomène se produit dans le magma volcanique ou les boissons gazeuses. « Un gaz dissous qui devient bulle grâce à un point de départ » : c'est exactement le même mécanisme.
C'est au tout début de la cuisson que la pâte s'étire le plus
Quand on enfourne la pâte après fermentation, elle grossit encore d'un cran. C'est même cette dernière poussée qui détermine la forme finale du pain.
Trois raisons s'y superposent.
En chauffant, son activité s'accélère brutalement et elle rejette beaucoup de dioxyde de carbone. Mais au-delà de 50 °C environ, elle succombe.
C'est la force la plus importante. Même en petite quantité, l'eau qui devient vapeur voit son volume multiplié par environ 1700.
Et la troisième raison, c'est que le gaz déjà présent se dilate en chauffant. Rien qu'en passant de 30 °C à 100 °C, il grossit d'environ 20 %.
Le calcul montre que l'apport de la vapeur d'eau dépasse celui du dioxyde de carbone produit par la fermentation. On dit souvent « c'est la levure qui fait gonfler le pain », mais la dernière poussée, c'est l'eau qui la donne.
Et c'est précisément au bon moment que la structure fige. L'amidon absorbe l'eau et durcit, le réseau de protéines se fige sous l'effet de la chaleur. La forme est figée au moment où la pâte atteint son gonflement maximal. C'est pour cela qu'un pain cuit ne se rétracte pas en refroidissant.
On a parfois envie de goûter un peu de pâte à pain ou de pâte à cookies en cours de préparation. Ce n'est pas recommandé.
La raison ne se limite pas aux œufs. La farine de blé non cuite elle-même demande de la prudence. Comme elle n'est jamais chauffée entre le champ et l'ensachage, elle peut occasionnellement contenir des bactéries responsables d'intoxications alimentaires. Considérez-la comme un aliment qui ne devient sûr qu'une fois cuit.
Quand un jeune enfant aide en cuisine, mieux vaut lui préciser à l'avance de ne pas mettre la pâte en bouche et de ne pas se toucher la bouche avec les mains qui l'ont touchée.
Une expérience à faire dans la cuisine
- Dans une bouteille en plastique (500 mL), verser 200 mL d'eau tiède, 2 cuillères à café de sucre et 1 cuillère à café de levure sèche, puis agiter doucement
- Enfiler un ballon de baudruche dégonflé sur le goulot
- Placer dans un endroit chaud (environ 30 °C) et attendre 15 à 30 minutes
- Le ballon commence à gonfler. C'est le dioxyde de carbone produit par la levure
- Pour comparer, préparez en même temps une bouteille sans levure : la différence sera très claire
L'étape 5 est la clé de cette observation. Elle permet d'écarter soi-même le doute « n'est-ce pas juste la chaleur qui a gonflé le ballon ? ». Ne fermez jamais le bouchon : le ballon doit toujours servir d'échappatoire. Un récipient fermé hermétiquement serait dangereux, la pression pouvant monter. L'eau ne doit pas être trop chaude (au-delà de 60 °C, la levure meurt et ne fera plus gonfler). Une fois terminé, jetez le tout dans l'évier et rincez bien.
En résumé
Le pain gonfle parce que la levure mange le sucre et rejette du dioxyde de carbone, et que le réseau formé par les protéines du blé l'emprisonne sans le laisser s'échapper. On peut produire du gaz en abondance. La vraie difficulté, c'est de le retenir, et cela, seul le blé sait le faire. Puis, à la cuisson, l'eau se transforme en vapeur pour donner la dernière poussée, juste au moment où la structure fige.
C'est la levure qui fait gonfler,
mais ce sont le réseau et l'eau qui donnent la forme.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, chiffres, liens avec les manuels scolairesDu collège aux sujets encore à l'étude, chaque niveau est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « chimie » et « biologie » de tronc commun au lycée
- Lycée+Programme de spécialité au lycée, ou contenu approfondi/encadré des manuels
- UniversitéNon enseigné au lycée : contenu de spécialité universitaire (sciences alimentaires)
- RechercheNon établi comme un fait acquis même à l'université : sujet encore étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : les mots du pain
- Levure : micro-organisme qui décompose les sucres et rejette du dioxyde de carbone et de l'alcool. De la même famille que les moisissures et les champignons.
- Fermentation alcoolique : décomposition du sucre sans utiliser d'oxygène. Commune au pain, au vin, à la bière.
- Gluten : réseau formé par deux types de protéines du blé, une fois mélangées à l'eau et pétries. C'est le « réseau » évoqué dans le texte.
- Gélatinisation : durcissement de l'amidon sous l'effet de l'eau et de la chaleur. C'est aussi ce qui se passe quand le riz cuit.
- Levure chimique : poudre qui dégage directement du dioxyde de carbone par réaction chimique, sans micro-organisme. Elle agit sans attendre.
LycéeVérification par le calcul : combien de gaz produit-on à partir du sucre ?
Dans le texte, nous avons écrit que « le gaz est produit en abondance ». Le calcul permet de savoir exactement à quel point.
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH ＋ 2CO₂
| C₆H₁₂O₆ glucose | 180 g par mole |
| C₂H₅OH éthanol | 46 g par mole |
| CO₂ dioxyde de carbone | 44 g par mole |
Autrement dit : « pour 1 de sucre, on obtient 2 d'alcool et 2 de dioxyde de carbone ». Vérifions par acquit de conscience que les masses correspondent bien.
| Masse d'alcool produite | 2 × 46 ＝ 92 g |
| Masse de dioxyde de carbone produite | 2 × 44 ＝ 88 g |
| Total (doit égaler le sucre de départ) | 92 ＋ 88 ＝ 180 g |
Cela correspond. Le sucre n'a pas disparu, il s'est simplement séparé en gaz et en liquide.
| Sucre utilisé | 10 g (environ 2 cuillères à café) |
| Nombre de moles | 10 ÷ 180 ≒ 0,056 mol |
| Le dioxyde de carbone se produit en 2 fois plus | 0,056 × 2 ＝ 0,112 mol |
| Volume d'1 mole de gaz | environ 24 L |
| Dioxyde de carbone produit | 0,112 × 24 ≒ 2,7 L |
2,7 litres. Presque deux bouteilles de 1,5 L. Voilà ce que produisent deux cuillères à café de sucre.
Et quelle quantité est nécessaire ? Pour qu'une pâte de 500 g double de volume, il suffit d'environ 0,5 L de gaz supplémentaire.
| Quantité produite | 2,7 L |
| Quantité nécessaire | 0,5 L |
| Marge | 2,7 ÷ 0,5 ≒ 5,4 fois |
Plus de cinq fois la quantité nécessaire. Il est donc très rare qu'un pain ne gonfle pas « faute de gaz ». Quand un pain ne gonfle pas, la cause se trouve presque toujours du côté de la rétention.
※ En réalité, tout le sucre n'est pas décomposé : une partie sert aussi à la multiplication de la levure elle-même. De plus, le sucre de table (saccharose) est d'abord décomposé avant d'être utilisé. Ce calcul donne un ordre de grandeur maximal.
Décomposons en trois la dernière poussée qui a lieu au four.
| a) Part due à l'eau devenant vapeur | Si 5 % des 100 g d'eau de la pâte se transforment en vapeur |
| Masse d'eau vaporisée | 100 × 0,05 ＝ 5 g |
| Le volume est multiplié par environ 1700 | 5 × 1700 ＝ 8500 mL |
| Converti en litres | 8500 ÷ 1000 ＝ 8,5 L |
| b) Part due à la dilatation du gaz déjà présent | De 30 °C (303 K) à 100 °C (373 K) |
| Taux de dilatation | 373 ÷ 303 ≒ 1,23 fois |
Le dioxyde de carbone obtenu en ② était de 2,7 L, la vapeur d'eau obtenue en a) est de 8,5 L. La vapeur d'eau représente donc plus de trois fois plus.
On dit « c'est la levure qui fait gonfler le pain », mais en quantité, la dernière poussée revient à l'eau. Le travail de la levure consiste surtout à préparer, avant la cuisson, une base de bulles bien fines.
Ce chiffre « l'eau qui devient vapeur voit son volume multiplié par environ 1700 » est le même que celui évoqué dans l'article sur l'eau versée dans l'huile de friture. La force qui fait gonfler le pain dans la cuisine et celle qui provoque une gerbe de flammes sont le même phénomène. Seule la différence compte : être contenue, ou jaillir d'un coup.
※ Le taux d'évaporation, la teneur en eau de la pâte et la température de cuisson varient beaucoup selon les conditions. Il s'agit d'une estimation destinée à donner un ordre d'importance relatif.
Lycée+Pourquoi la pâte fige-t-elle « juste au bon moment » ?
Pendant la cuisson, plusieurs phénomènes se succèdent dans la pâte, chacun à son tour. C'est cet ordre qui détermine la forme du pain.
- Vers 40-50 °C : l'activité de la levure atteint son maximum, puis elle s'arrête
- Vers 60 °C : l'amidon absorbe l'eau et commence à durcir (gélatinisation)
- Au-delà de 70 °C : le réseau de protéines fige sous l'effet de la chaleur et cesse de s'étirer
- Vers 100 °C : l'eau se transforme en vapeur et pousse le plus fortement
- Au-delà de 140 °C (en surface seulement) : la coloration et les arômes se forment
Le moment où la force de gonflement est maximale coïncide presque avec le moment où la structure fige. Si la structure figeait trop tôt, la pâte s'arrêterait avant d'avoir fini de gonfler. Trop tard, elle s'effondrerait faute de soutien.
Un pain sorti du four trop tôt peut s'affaisser. C'est parce que la structure n'a pas encore fini de figer.
De plus, le dioxyde de carbone se dissout de moins en moins bien dans l'eau à mesure que la température monte. Celui qui était dissous dans l'eau de la pâte est chassé par la chaleur et vient grossir les bulles. Cela contribue aussi à la dernière poussée. Comme dans l'article sur la cocotte-minute, la quantité qui peut rester dissoute dépend des conditions.
UniversitéLa pâte n'est ni un solide ni un liquide
La pâte à pain se déforme sous la pression (comme un liquide) mais reprend un peu sa forme quand on la relâche (comme un solide) : un comportement intermédiaire. Il existe un domaine scientifique consacré à ces propriétés, et on mesure séparément « à quel point elle s'étire » et « à quel point elle revient en arrière » pour chiffrer la qualité d'une pâte.
La difficulté, c'est que cette propriété évolue avec le temps. La pâte juste pétrie et la pâte après repos ne sont pas les mêmes. Et la vitesse de ce changement dépend de la température, de la quantité d'eau et du type de farine. « Même recette » ne veut pas dire « même pâte ».
Les bulles posent aussi un problème. Les grosses bulles absorbent les petites et grossissent. Si on laisse faire, les bulles finissent par avoir des tailles inégales, donnant un pain à la mie irrégulière. Replier la pâte pour en chasser le gaz, au bon moment, sert justement à réhomogénéiser la taille des bulles.
RechercheMême recette, jamais tout à fait le même pain
- La façon dont le réseau de gluten se construit n'est pas totalement expliquée au niveau moléculaire. Comment les deux types de protéines s'entrelacent, quelles liaisons entrent en jeu : on en a une image approximative, mais on ne parvient pas encore à décrire entièrement, en termes moléculaires, pourquoi « pétrir renforce » le réseau.
- La reproductibilité reste un défi. Le blé est un produit agricole : la quantité et la qualité de ses protéines varient selon la région, la variété et le climat de l'année. En usine, on mesure et ajuste la recette à chaque fois, mais on sait que les indicateurs utilisés pour mesurer les propriétés de la farine ne suffisent pas à prédire pleinement le résultat de la cuisson.
- L'équilibre microbien du levain naturel (sourdough) est complexe. Levures et bactéries lactiques y coexistent et s'influencent mutuellement. Même issus de la même souche de départ, leur équilibre varie selon l'environnement. Pourquoi cet équilibre se maintient durablement fait encore l'objet de recherches.
- Les malaises liés à la consommation de blé comportent encore des zones de débat. Certaines maladies sont bien caractérisées sur le plan immunitaire, mais pour des symptômes qui n'y correspondent pas, on débat encore de savoir si le gluten est en cause, ou un autre composant. Ne restreignez pas votre alimentation sur la seule base d'une auto-évaluation : consultez un professionnel de santé.
Le pain est un aliment que l'humanité fabrique depuis des millénaires. Et pourtant, on ne sait toujours pas prédire, à partir de la seule molécule, « pourquoi telle farine gonfle bien ». Être fabriqué depuis longtemps et être bien compris sont deux choses différentes.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie de l'article concernée |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・Biologie et micro-organismes / gaz | Rôle de la levure, dioxyde de carbone |
| Lycée | Chimie・équations de réaction et quantité de matière | Calcul du gaz produit à partir de 10 g de sucre |
| Lycée | Biologie・respiration et fermentation | Fermentation alcoolique |
| Lycée+ | Chimie・lois des gaz / dénaturation des protéines | Dilatation avec la température, ordre de figeage du réseau |
| Université | Sciences alimentaires・rhéologie | Viscoélasticité de la pâte, grossissement des bulles |
| Recherche | Science des céréales (non résolu) | Formation du gluten, reproductibilité, équilibre microbien |
| ― | Sécurité alimentaire | Ne pas consommer de pâte crue |
- Explications du processus de panification d'après la Japanese Society for Food Science and Technology (日本食品科学工学会) et divers manuels de boulangerie.
- Cauvain, S. P. & Young, L. S., Technology of Breadmaking (manuel de référence sur la technologie de la panification).
- Shewry, P. R. et al., série de travaux sur les protéines du blé et la formation du gluten.
- De Vuyst, L. et al., travaux sur la flore microbienne du levain naturel (sourdough).
- Mises en garde du ministère japonais de la Santé, du Travail et des Affaires sociales (厚生労働省) et de l'Agence de la consommation (消費者庁) concernant la farine de blé et les œufs insuffisamment cuits.
※ La quantité de gaz produite, la proportion d'eau évaporée et les températures de chaque étape varient fortement selon la recette et les conditions. Cet article présente des ordres de grandeur généralement admis.
※Cet article est une vulgarisation scientifique à but général. Pour la manipulation des aliments, suivez les recommandations du ministère de la Santé, du Travail et des Affaires sociales et de l'Agence de la consommation. Pour toute question liée aux allergies alimentaires ou aux régimes restrictifs, ne vous fiez pas à votre seul jugement : consultez un professionnel de santé. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension des mécanismes.