En Allemagne, des spécialistes des volcans se sont penchés sur les machines à espresso et affirment que tout se joue ailleurs que là où on l’imagine.
Un groupe de géologues de l’université Ludwig-Maximilians de Munich, en Allemagne, a appliqué aux pucks de café les mêmes outils que pour étudier la lave ou le grès. Leurs travaux, publiés dans la revue scientifique Royal Society Open Science et rapportés notamment par le site ZME Science, bousculent une certitude des amateurs d’espresso : la mouture pèserait bien plus lourd que la machine ou même que les grains utilisés.
Quand un puck de café devient un mini paysage volcanique
Dans une machine à espresso, tout commence par un geste banal : tasser du café moulu dans un porte-filtre avant d’y envoyer de l’eau chaude sous 9 à 10 bars de pression. Vu de l’extérieur, ce puck ressemble à un bloc compact. À l’intérieur, c’est en réalité un véritable labyrinthe de pores, de tunnels et d’impasses.
Fabian Wadsworth, spécialiste des volcans à la Ludwig-Maximilians-Universität München, s’est servi du café comme support pédagogique pour parler de percolation à ses étudiants. Il a confié à Science News que le café lui a semblé être un moyen naturel de les intéresser à ces problèmes de circulation de fluide dans des milieux poreux.
Pour ces chercheurs, la comparaison n’a rien d’anecdotique. Dans un volcan, des bulles de gaz tentent de s’échapper d’un magma visqueux. Dans un aquifère, l’eau progresse à travers des sédiments. Dans un espresso, l’eau sous pression se fraie un chemin entre les grains. Dans chaque cas, tout dépend de la taille et de la forme des pores, ainsi que de la façon dont ils sont connectés.
Pour les géologues, un puck d’espresso se comporte comme une petite roche volcanique traversée par un fluide sous pression.
En traitant le café comme une roche, l’équipe montre que la façon dont les grains sont moulus et compactés détermine les chemins préférentiels de l’eau. Un léger déséquilibre, et toute l’extraction bascule : trop vite, le café devient acide et maigre ; trop lentement, il vire au goût amer et sur-extrait.
Une équation de volcanologue appliquée au café
Les chercheurs ont formalisé cette intuition dans un modèle mathématique inspiré de la théorie de la percolation, utilisée pour décrire les fluides qui traversent des roches ou des matériaux industriels poreux. Deux paramètres les intéressent en priorité :
- l’espace de pores connecté entre les particules de café, par où l’eau peut circuler ;
- la surface totale de contact entre l’eau et le café moulu, qui conditionne l’extraction des arômes.
Dans leur article, ils expliquent obtenir une « excellente concordance » avec cette théorie de percolation : en connaissant la taille de la mouture, le mode de tassage et la surface disponible, ils parviennent à prédire la perméabilité du puck.
La perméabilité, notion clé de l’étude, désigne la facilité avec laquelle un fluide traverse un matériau. Un puck très perméable laisse filer l’eau rapidement ; un puck peu perméable la freine fortement. Cette simple propriété physique exerce, selon les auteurs, une influence disproportionnée sur le goût de l’espresso.
En jouant sur la seule taille des grains, les scientifiques modifient la perméabilité du café comme on ajuste la porosité d’une roche volcanique.
Des cafés du Rwanda et de Colombie passés aux rayons X
Pour éprouver leur modèle, l’équipe n’a pas travaillé avec un café abstrait. Elle a utilisé deux cafés bien réels : un Tumba du Rwanda et un Guayacán de Colombie. Chaque café a été moulu selon 11 réglages différents, du très fin au bien plus grossier, soit 22 échantillons au total.
Les chercheurs ont ensuite placé ces cafés moulus dans de fins tubes en plastique avant de les analyser par micro-tomodensitométrie aux rayons X (X-ray computed micro-tomography). Cette technique permet de reconstituer un volume en 3D à partir d’images successives, comme pour une roche ou un os.
Sur ces modèles, ils distinguent nettement particules, vides et canaux potentiels pour l’eau. Ils y font ensuite circuler virtuellement un fluide, grâce à des simulations numériques, afin de mesurer comment l’eau progresserait dans chaque configuration de mouture.
Un point ressort : les particules de café n’ont rien à voir avec des billes régulières. Ce sont des fragments irréguliers, anguleux, plus ou moins fracturés. Leur forme rugueuse augmente fortement la surface de contact possible avec l’eau et influe sur la circulation dans les pores.
Wadsworth résume, cité par Science News : doubler la taille des grains augmenterait la perméabilité par un facteur quatre. En pratique, une mouture plus grossière ouvre de larges canaux où l’eau file vite ; une mouture très fine referme ces passages et ralentit considérablement le flux.
Pourquoi une mouture trop fine gâche l’espresso
De nombreux débutants en espresso ont le réflexe de serrer au maximum le réglage du moulin. L’idée paraît logique : plus le café est fin, plus la surface d’échange avec l’eau augmente, donc plus l’extraction devrait être complète.
Les travaux de l’équipe montrent que ce raisonnement a vite ses limites. Si la mouture devient trop fine, le puck oppose une forte résistance. La pression grimpe, l’eau cherche des failles, creuse des micro-canaux, se concentre sur quelques zones en les sur-extrayant et en délaisse d’autres presque intactes.
Une mouture trop fine favorise les « autoroutes » d’eau dans le puck : une partie du café est brûlée, le reste sous-extrait.
Résultat en tasse : des arômes déséquilibrés, souvent amers, avec une pointe de brûlé. À l’inverse, une mouture trop grossière laisse passer l’eau trop rapidement. Elle n’a pas le temps de dissoudre suffisamment de composés aromatiques : la boisson reste fade, aqueuse, parfois franchement acide.
Interrogé par le quotidien britannique The Telegraph, Fabian Wadsworth affirme que l’on peut préparer un excellent café avec des grains achetés en supermarché, à condition de maîtriser précisément la taille de mouture.
Pour un espresso tiré en une trentaine de secondes, l’équipe suggère une fourchette de 145 à 275 micromètres pour le diamètre moyen des particules, soit autour de l’épaisseur d’un cheveu humain (environ 180 micromètres). Une zone « douce » où perméabilité, temps d’écoulement et extraction semblent s’accorder correctement.
La face cachée de la mouture : fines, gonflement et machine
En observant leurs échantillons, les chercheurs notent aussi la présence d’une population de particules très fines, souvent appelées « fines » par les baristas. Ces poussières de café ont un comportement à part : elles migrent pendant l’extraction, colmatent certains canaux, s’accumulent près de la douchette de sortie et modifient la perméabilité en temps réel.
L’étude évoque un autre phénomène encore discuté : le gonflement des grains lors de l’absorption de l’eau. Certains travaux estiment que le volume des particules pourrait augmenter d’environ 30 %. Si ce gonflement se confirme à grande échelle, la taille effective des grains évoluerait pendant le passage de l’eau, ce qui ajouterait une variable dynamique à prendre en compte.
Pour Wadsworth, cité par Science News, le modèle parlera d’abord aux baristas professionnels équipés de machines capables de suivre en direct pression, débit et masse de la boisson en sortie. Leur vocabulaire n’est pas celui des géologues, mais ils manipulent déjà intuitivement ces paramètres au quotidien.
Les auteurs imaginent que, dans l’avenir, certaines machines haut de gamme intègrent directement ce type de modèle physique. L’appareil pourrait alors ajuster automatiquement la mouture et le débit en fonction de la résistance offerte par le puck plutôt que de se contenter d’un minutage et d’une pression standard.
Ce que cela change pour les amateurs de café en France
Pour un consommateur français, ces travaux donnent quelques repères concrets, même sans laboratoire ni rayons X. Le principe reste identique, que l’on utilise une machine italienne semi-pro, un petit modèle domestique ou un moulin manuel.
- Un moulin réglable précisément devient un outil central, bien avant la course à la machine la plus chère.
- La stabilité de la mouture d’un jour à l’autre aide à obtenir des résultats reproductibles.
- Observer le temps d’extraction (autour de 25 à 30 secondes pour un espresso classique) sert d’indicateur pratique de perméabilité.
En France, les écoles de barista et les torréfacteurs mettent déjà l’accent sur la régularité de la mouture. Les résultats de cette étude apportent un socle physique à ces recommandations empiriques : ajuster la finesse n’est pas qu’une affaire de goût, c’est une façon de piloter un matériau poreux soumis à un flux.
Pour un amateur français, viser une mouture proche de la finesse de la farine mais encore granuleuse, ajustée au temps d’écoulement, reste une règle simple et robuste.
La situation française : culture espresso et réglages conseillés
En France, la plupart des cafés servant des espressos s’alignent sur des standards proches de ceux utilisés dans l’étude : une dose compacte de café, une pression d’environ 9 bars, une eau entre 90 et 96 °C et un temps d’extraction d’une vingtaine à une trentaine de secondes.
Les formations de barista recommandent généralement de raisonner en trois étapes :
La recherche allemande ne contredit pas ces pratiques, elle leur donne un cadre théorique : lorsque l’on resserre d’un cran le moulin, on réduit la taille des « pores » et donc la perméabilité, ce qui allonge le temps de passage et modifie le profil d’extraction. L’effet constaté au comptoir correspond très bien aux simulations de laboratoire.
Quand la volcanologie éclaire la cuisine du quotidien
Au-delà du café, l’étude illustre une tendance forte de la science alimentaire : traiter la cuisine comme un ensemble de problèmes de physique et de matériaux. Pâte à pain, chocolat en cristallisation, mousse de bière ou crème chantilly répondent aussi à des lois de mécanique des fluides et de structure poreuse.
Pour les buveurs d’espresso, cette approche se traduit par quelques conseils faciles à appliquer sans équation :
- niveler soigneusement le puck pour éviter les zones plus denses qui dévient le flux d’eau ;
- tasser de manière régulière pour limiter les chemins préférentiels ;
- utiliser une eau chaude mais pas bouillante (autour de 90–96 °C) ;
- surtout, ajuster et noter la mouture plutôt que de changer de café à chaque déception.
La notion de perméabilité, empruntée aux roches volcaniques, aide aussi à comprendre certaines mésaventures courantes : un café qui coule en filet épais et met une éternité à sortir signale souvent une mouture trop fine ou un tassage excessif ; un espresso qui jaillit en quelques secondes pointe plutôt une porosité trop grande du puck.
À long terme, ce type d’étude pourrait inspirer des accessoires plus précis pour les amateurs : moulins indiquant une estimation de taille de particules, filtres conçus pour limiter la migration des fines ou outils de distribution du café dans le porte-filtre visant à homogénéiser le réseau de pores.
En attendant les futures machines bardées de modèles physiques, la morale tirée par les volcanologues reste très simple : la prochaine fois que votre espresso vous déçoit, avant d’accuser la machine ou le torréfacteur, regardez d’abord votre mouture.
