La fermentation : cours de Bac pro Boulanger-pâtissier

Quand tu regardes une pâte à pain tripler de volume sur un plan de travail, tu observes le résultat d'un phénomène biologique. Rien n'est ajouté de l'extérieur pour la gonfler : ce sont des êtres vivants microscopiques qui travaillent dans la masse. Comprendre ce phénomène te permet de expliquer tes gestes de métier, de diagnostiquer une pâte qui ne lève pas ou qui lève trop, et de justifier tes choix de technologie devant un jury ou un maître d'apprentissage.

Le référentiel de compétences du bloc « Technologie boulangère et sciences appliquées » attend que tu saches décrire les procédés de fabrication d'une pâte à pain courant français ¹. Il attend aussi que, pour une pâte à pain de méteil, tu saches citer les différentes méthodes de fermentation ¹. La fermentation est donc au cœur de ce que l'on te demande, aussi bien en technologie qu'en sciences appliquées.

Ce cours suit un fil simple. On commence par définir ce qu'est une fermentation, puis on étudie la fermentation alcoolique, celle qui fait lever le pain. On regarde ensuite ce qu'elle produit dans la pâte et jusqu'à la cuisson, on entre dans le détail des réactions (au niveau attendu en bac pro), on la compare à la respiration, et on termine par quelques repères historiques et des erreurs à éviter.

Tu as déjà vu les farines et les céréales : la farine apporte les glucides que les levures vont consommer. Après ce chapitre, tu pourras aborder le pétrissage et le façonnage, les pains spéciaux et les viennoiseries, où la maîtrise de la fermentation joue partout.

Décortiquons cette définition avec des mots simples. Une cellule vivante a besoin d'énergie pour fonctionner. Elle la prélève en « brûlant » des molécules nourricières, comme le glucose. Dans une fermentation, cette combustion reste incomplète : le glucose n'est que partiellement transformé ⁴. Ce qui sort de la cellule (acides, alcools, gaz) contient donc encore de l'énergie chimique.

Les produits d'une fermentation sont le plus souvent des acides ou des alcools, ainsi que du dihydrogène et du dioxyde de carbone ⁴. Selon les produits obtenus, on distingue plusieurs grands types de fermentation ⁴. En boulangerie, celle qui nous intéresse en priorité donne de l'alcool et du gaz carbonique.

Les glucides concernés ne se limitent pas au glucose. La fermentation alcoolique, réalisée notamment par les levures, convertit aussi le fructose et le saccharose, ce dernier étant un diholoside formé des deux premiers ⁴. Le produit alcoolique est l'éthanol, de formule $CH_3CH_2OH$, et le gaz libéré est le dioxyde de carbone $CO_2$ ⁴. Au passage, la cellule obtient une faible quantité d'énergie métabolique sous forme d'ATP ⁴.

On peut résumer par un schéma de principe, sans chercher à équilibrer précisément :

$\text{glucides (glucose, fructose, saccharose)} \xrightarrow{\text{levures}} \text{éthanol} + CO_2 + \text{un peu d'énergie (ATP)}$

Pourquoi la levure fait-elle cela ? Parce que la réaction libère de l'énergie. La plupart des levures capables de fermentation alcoolique s'en servent pour gagner temporairement de l'énergie lorsque l'oxygène nécessaire à la respiration cellulaire vient à manquer ³. Dans une pâte pétrie puis laissée au repos, l'oxygène se raréfie au sein de la masse : la fermentation prend le relais.

La boulangerie est l'un des terrains d'application majeurs de la fermentation alcoolique ³. La levure de boulanger, de nom scientifique Saccharomyces cerevisiae, sert à fabriquer presque toutes les sortes de pains et de gâteaux traditionnels à pâte levée ³. Son rôle : faire lever la pâte.

Suivons le parcours en quatre temps.

1. Le départ. La levure est répartie dans la pâte, au contact des glucides.

2. La fermentation. Les levures transforment ces glucides en éthanol et en gaz carbonique ³. L'énergie libérée est utilisée par les levures pour elles-mêmes ³.

3. La levée. Le gaz carbonique reste piégé en bulles dans la pâte et fait augmenter le volume ³.

4. La cuisson. Sous l'effet de la chaleur, l'éthanol produit est vaporisé et les levures meurent à cause de la température élevée ³. La fermentation s'arrête donc au four.

Au fournil, la fermentation se déroule en deux temps : le pointage, pendant lequel la pâte repose en masse après le pétrissage, puis l'apprêt, pendant lequel les pâtons façonnés lèvent avant d'aller au four. Le référentiel te demande aussi de savoir citer les méthodes de fermentation ¹ : la méthode directe (la levure est ajoutée au pétrissage), la poolish (un pré-ferment liquide de farine, d'eau et de levure préparé quelques heures à l'avance), la pâte fermentée (un morceau de pâte d'une fabrication précédente ajouté à la nouvelle pâte), le levain naturel (une culture de levures sauvages et de bactéries lactiques entretenue par des rafraîchis) et la pousse contrôlée (la fermentation est ralentie ou différée par le froid).

Cette section va un peu plus loin sur le plan biochimique. Elle t'aide à comprendre pourquoi les sujets de sciences appliquées parlent d'ATP, de pyruvate ou de NADH.

Fais le lien avec la définition. Le NADH est un coenzyme « chargé » qu'il faut recycler pour que la glycolyse puisse continuer. Dans la fermentation éthanolique classique, le glucose est oxydé en pyruvate, qui perd son $CO_2$ pour devenir de l'éthanal (acétaldéhyde) ; l'éthanal est ensuite réduit en éthanol, et cette dernière réduction permet de régénérer les coenzymes réduits ⁴.

Tu peux donc lire la chaîne ainsi, du début à la fin : glucose → pyruvate → éthanal + CO2 → éthanol. C'est la raison de la présence du gaz carbonique : il se détache quand le pyruvate est décarboxylé ⁴.

Une confusion revient souvent en sciences appliquées : mélanger fermentation et respiration. Les deux commencent par la glycolyse, mais elles divergent ensuite ⁴.

Les humains pratiquent la fermentation alcoolique depuis des millénaires, par exemple pour la bière ou le vin, sans connaître alors les processus biologiques précis ³. La compréhension scientifique est venue bien plus tard.

Voici les jalons à retenir, dans l'ordre chronologique.

• 1815 : le chimiste français Joseph Louis Gay-Lussac établit pour la première fois l'équation brute de la décomposition du glucose en éthanol ³.
• XIXe siècle : des chercheurs, dont Cagniard de Latour, Schwann et Kützing, prouvent indépendamment que des êtres vivants, notamment des levures, sont responsables de la fermentation ³. Louis Pasteur estime lui aussi que des « ferments » en sont la cause chez la levure ⁴.
• 1871 : Marie von Manasseïnn fait publier un article sur ses travaux ; elle est la première à conclure qu'une levure vivante n'est pas indispensable à la fermentation alcoolique ³.
• 11 janvier 1897 : Eduard Buchner publie des preuves d'une fermentation obtenue avec des extraits de levure sans cellules ; il en rend responsable la zymase, aujourd'hui identifiée comme un mélange de plusieurs enzymes ³.
• 1907 : Buchner reçoit le prix Nobel de chimie ³.