La fermentation en cuve fermée, dite anaérobie (anaerobic fermentation)

Où ça se pratique

Le procédé est documenté par la recherche au Brésil et en Colombie. Au Brésil, les essais publiés viennent du Paraná et du Minas Gerais. Un essai du Paraná a travaillé sur des cuves de 175 kg à Jacarezinho, sur du Catuaí Amarelo IAC 86 récolté en juillet 2021. Les essais du Minas Gerais utilisent des bioréacteurs de 200 litres, et couvrent des communes comme Monte Carmelo, Três Pontas, Carmo de Minas et Lajinha. En Colombie, deux équipes travaillent. Cenicafé, le centre national de recherche sur le café, a comparé cuve ouverte et cuve fermée sur 192 heures dans le Huila. L'Universidad Surcolombiana, également dans le Huila, a suivi l'oxygène dissous et le pH sur cinq durées de fermentation. Des travaux existent aussi sur le canephora brésilien, variété Conilon. Les publications retrouvées sur ce procédé s'étalent de 2022 à 2026.

Le principe

Le nom promet une absence d'oxygène. La réalité est un épuisement. On remplit une cuve étanche de cerises entières ou de café dépulpé. On la ferme, puis on pose un barboteur, une valve qui laisse sortir le gaz sans laisser rentrer l'air. Personne ne chasse l'air. L'oxygène enfermé est consommé par les micro-organismes du fruit, et par le fruit lui-même, qui respire encore. Un essai colombien a suivi l'oxygène dissous dans des bacs hermétiques de café dépulpé. Il passe de 100 % à 0 % en quinze à soixante minutes. Le milieu devient donc anoxique par épuisement, et non par purge.

Une fois l'oxygène parti, levures et bactéries basculent sur des voies fermentaires. Les sucres du mucilage, la couche de chair sucrée collée à la parche, entrent dans la glycolyse. Celle-ci coupe le glucose en pyruvate. Chez les bactéries lactiques, le pyruvate devient acide lactique. Chez les levures, il devient éthanol et gaz carbonique, par décarboxylation puis réduction. Les lactiques dominantes ici, Weissella et Leuconostoc, sont hétérofermentaires. Elles suivent la voie de la phosphocétolase, qui rend en plus de l'acétate et du gaz carbonique.

Ce gaz carbonique s'accumule et entretient l'anoxie. Le pH tombe. Les bactéries acétiques ont besoin d'oxygène pour oxyder l'éthanol en acide acétique. Cenicafé les retrouve plus abondantes en cuve ouverte qu'en cuve fermée. En cuve fermée, elles pèsent moins de 1 % des séquences lues. L'acide acétique mesuré viendrait alors de lactobacilles dégradant le lactate, mécanisme présenté comme une hypothèse par ses auteurs. Les levures estérifient enfin alcools et acides, ce qui forme des esters comme l'acétate d'éthyle et l'acétate d'amyle.

Ce que la cuve fermée laisse dans le grain, molécule par molécule

Cette fiche décrit finement ce qui se passe pendant la fermentation en cuve fermée, l'épuisement de l'oxygène, la chute du pH, les voies empruntées. Il lui manque le résultat, c'est-à-dire la composition du grain vert obtenu, comparée à celle des autres méthodes. Hackler et Särchen la donnent, d'après Pereira et ses collègues.

Selon cette source, la fermentation en cuve fermée renforce l'activité des bactéries lactiques et des levures, donc la production de composés d'arôme, et il en émerge une composition organique différente de celle des autres méthodes : davantage d'acide chlorogénique, davantage de saccharose, davantage d'acide lactique et davantage de trigonelline, et moins de glucose.

Chacune de ces cinq directions mérite un mot, parce qu'elles ne disent pas toutes la même chose.

• Moins de glucose, plus de saccharose : Le couple est cohérent avec le bilan énergétique de la fermentation. Le glucose est la forme directement consommable, celle qui entre dans la glycolyse ; le saccharose est une réserve, faite d'un glucose et d'un fructose liés, qu'il faut d'abord couper. Une cuve fermée, où les organismes doivent brûler beaucoup de matière pour peu d'énergie, épuise d'abord ce qui est immédiatement disponible. Le saccharose compte pour la suite : c'est le principal précurseur des réactions de brunissement à la torréfaction.
• Plus d'acide lactique : C'est la signature attendue et la moins surprenante, l'anoxie favorisant les bactéries lactiques. Elle confirme par la chimie ce que la fiche établit par le séquençage.
• Plus d'acide chlorogénique et plus de trigonelline : Ces deux-là sont des composés du grain et non du mucilage, et c'est ce qui rend le résultat intéressant. Leur augmentation ne peut pas s'expliquer par un apport depuis le bain ; elle suggère soit une moindre dégradation, soit une réaction du grain lui-même. La trigonelline est un précurseur d'arôme majeur, qui se décompose à la torréfaction en composés azotés grillés.

Deux profils sensoriels accompagnent ces mesures dans la même source : un nature conduit en cuve fermée décrit comme floral, fruité, vineux, boisé, caramel et alcoolisé ; un lavé conduit en cuve fermée décrit comme floral et fruité, avec en plus des notes d'agrume et de canne à sucre. Avec Saccharomyces cerevisiae employée comme culture de départ, des arômes d'agrume, floraux, de prune ou de pêche émergent en plus.

Il faut porter ces données avec leur réserve, et elle est sérieuse : ce sont des résultats de seconde main, rapportés par Hackler et Särchen d'après Pereira, et les conditions expérimentales, le nombre de lots, la présence d'un témoin et la nature du panel ne sont pas données dans le texte dont on dispose. Les directions valent d'être écrites, les amplitudes non. Il faudra lire la publication de Pereira avant de porter ces cinq mouvements dans les repères chiffrés de cette fiche.

Sources de ce passage : Hackler et Särchen, chapitre 6, p. 91, d'après Pereira et collègues. Composition à vérifier à la source avant reprise chiffrée.

Le déroulé

1. Récolte et triage. Un essai colombien a comparé trois préparations avant mise en cuve : cerises non triées, cerises triées et rincées à l'eau potable, cerises triées et désinfectées au Timsen. Les notes moyennes vont de 82,21 à 83,85 points, le lot désinfecté étant le mieux noté. L'écart de 1,64 point n'est pas statistiquement significatif. Le triage change la charge microbienne de départ, mais cet essai ne démontre pas qu'il change la note.

2. Choix cerise entière ou café dépulpé. Le dépulpage donne un accès immédiat au mucilage et accélère l'acidification. La cerise entière garde sa peau, qui freine les échanges. Le choix pèse sur les acides produits : dans l'essai brésilien du Minas Gerais, le café en cerise entière finit vers 80 mg/g d'acide lactique, contre 60 mg/g pour le dépulpé.

3. Chargement en cuve étanche, munie d'une valve unidirectionnelle. Les dispositifs publiés sont de trois tailles.

• Cuves cylindriques en polypropylène de 82 cm de haut sur 47 cm de diamètre, chargées de 175 kg de café dépulpé.
• Bioréacteurs en polypropylène de 200 litres, désinfectés à l'acide peracétique.
• Bioréacteurs en polyéthylène haute densité de 30 litres, sacrifiés un par un à chaque prélèvement.

4. Choix voie sèche ou voie immergée. Sans eau, la masse fermente en l'état. Avec eau, les essais publiés ajoutent 30 % d'eau, rapportés au poids ou au volume selon l'équipe. L'eau abaisse le pH final davantage que la voie sèche. Elle ne décide pas seule du profil d'acides : dans l'essai du Minas Gerais, la voie sèche produit aussi beaucoup d'acide lactique.

5. Épuisement de l'oxygène. Quinze à soixante minutes sur café dépulpé en bac hermétique. C'est ce moment qui fait basculer le métabolisme, et non la fermeture du couvercle.

6. Fermentation. Les durées publiées sont 12, 24, 48, 72, 96, 144, 180 et 192 heures. La durée commande la profondeur de l'acidification et la quantité de métabolites produits. Elle ne commande pas la note en tasse dans un sens unique, comme le montre le champ TASSE.

7. Température. Dans les bioréacteurs de 200 litres, la masse part de 22 à 23 degrés et atteint 26 à 28 degrés après une vingtaine d'heures. Ces bioréacteurs étaient exposés au soleil, et un lot est descendu à 17 degrés en cours de route. La part due au travail microbien n'est donc pas isolée. L'essai colombien, mené sur des bacs de 0,5 kg, conclut au contraire que la masse ne dégage pas assez de chaleur pour s'écarter de la température ambiante.

8. Suivi du pH. Départ entre 5,5 et 5,8. Environ 5,0 à dix heures, 4,3 à quinze heures, 3,8 à vingt-quatre heures. Après trente-six heures, le pH se stabilise vers 3,6. Ce plateau est le signal utile : il dit que les sucres accessibles sont largement consommés et que l'acidité inhibe la suite. Le pH de départ change la forme de la courbe. Au-dessus de 5,5, la chute est lente pendant les neuf premières heures ; en dessous, cette phase lente dure moins de six heures.

9. Ouverture, lavage éventuel, puis séchage. La masse sort acide, humide et chargée en sucres résiduels. Le séchage qui suit décide d'une grande partie du résultat, et relève d'une autre fiche.

Ce que ça donne en tasse

Ce qui est mesuré. Les essais publiés comparent une cuve fermée à un témoin sur le même lot, avec notation selon le protocole de la Specialty Coffee Association. Un essai colombien de 2024 trouve une note qui monte avec la durée :

• 12 heures : 80,96 points
• 24 heures : 81,48 points
• 48 heures : 82,06 points
• 72 heures : 83,25 points
• 96 heures : 84,60 points

L'attribut équilibre suit la même pente, de 7,25 à 8,08 points. Un essai brésilien de 2024 donne 87,50 points pour une cerise entière fermentée 96 heures sans eau, contre 83,30 pour son témoin. Le même essai va de 78,95 à 87,50 points, et quatre de ses huit traitements sur café dépulpé font moins bien que leur témoin. Un essai brésilien de 2022 place tous ses lots à 84 points ou plus. Un travail sur levure sélectionnée rapporte un gain de 7,1 points, pour 84,4 points en quatre jours, mais il porte sur du Coffea canephora et non sur de l'arabica.

Les descripteurs ne convergent pas tous sur le fruit. Un travail de 2022 conclut que l'anaérobiose auto-induite intensifie l'attribut fruité. Cenicafé retrouve les notes tropicales, mangue, ananas et pêche, plus souvent en cuve fermée, et les notes d'agrume et de baie plus souvent en cuve ouverte. Mais un essai brésilien de 2024 mesure l'inverse en fermentation spontanée : 48 heures donnent des notes boisées, 72 heures des notes de châtaigne. La dominance fruitée n'apparaît chez lui qu'avec une levure inoculée. Les analyses de volatils retrouvent des esters, dont l'acétate d'éthyle et l'acétate d'amyle, et, après torréfaction, davantage de furfural et de pyrazines.

Ce qui n'est pas mesuré. La pente favorable n'est pas universelle. Cenicafé, qui a poussé jusqu'à 192 heures, obtient l'inverse : les durées courtes en cuve fermée donnent le meilleur indice de qualité, et les durées longues le dégradent. Les deux résultats disent que la durée optimale dépend du lot et du contenant, et qu'elle n'est pas connue à l'avance.

Enfin, les jurys de ces études sont formés, mais rarement aveugles au traitement. Un des essais cités ne fait appel qu'à deux dégustateurs certifiés. Une note SCA n'est pas un test de préférence en triangle. L'ampleur des gains annoncés reste donc à confirmer.

Ce qui rate

La sur-fermentation est le défaut principal. Quand la fermentation dépasse la fenêtre utile, des bactéries produisent de l'acide butyrique et de l'acide propionique. Ces acides donnent au café des notes décrites comme de l'oignon. Le métier appelle le défaut over-fermented. Le travail de référence sur les volatils de ce défaut date de 1997. Une publication de 2019 rapporte la croyance que des Bacillus produisent l'acide propionique, tout en notant qu'aucune de ses propres souches de Bacillus n'en a produit.

La durée longue punit la qualité. Cenicafé mesure une chute de son indice de qualité pour les durées étendues. Cet indice combine la note SCA, la part de grains sains, la viabilité de l'embryon et le facteur de rendement.

La cuve fermée protège l'embryon mieux que la cuve ouverte. C'est l'inverse de ce que le métier suppose souvent. Sous cuve fermée, Cenicafé mesure une viabilité de l'embryon supérieure à 80 % jusqu'à 120 heures. Sous cuve ouverte, la dégradation démarre après 48 heures et la viabilité tombe à 25 % à 192 heures. Un grain dont l'embryon est mort se comporte mal au séchage et au stockage.

La cuve n'est pas homogène. Dans une cuve verticale de 175 kg, l'acide lactique mesuré à 72 heures vaut 5,06 g/L au fond contre 2,18 g/L en surface. L'acide acétique vaut 1,00 g/L contre 0,40 g/L. Le fond a donc produit plus de deux fois plus d'acide que le haut. Les auteurs notent pourtant que les communautés microbiennes ne diffèrent pas d'une couche à l'autre. Ce n'est donc pas la population qui stratifie, c'est son activité.

Les sucres ne sont pas tous consommés. Au fond de cette même cuve, le glucose passe de 9,12 à 4,47 g/L en 72 heures. Le fructose, lui, passe seulement de 20,65 à 18,67 g/L. Allonger la durée ne suffit pas à épuiser le mucilage, et laisse un substrat disponible pour la suite.

La cuve fermée ne sélectionne pas automatiquement les bons micro-organismes. Dans le même essai, la famille des Enterobacteriaceae représente environ 85 % de la population bactérienne pendant les vingt-quatre premières heures. Les bactéries lactiques restent sous 29 % à 48 heures. Une fermentation colombienne en cuve ouverte les voit au contraire dépasser 90 %. Le récit commercial d'un milieu dominé par les levures et les lactiques ne décrit pas ce que ces mesures montrent.

Le gaz carbonique s'accumule. Une cuve sans échappement monte en pression. La valve unidirectionnelle n'est pas un accessoire, c'est l'organe de sécurité du procédé.

Enfin, la sortie de cuve est un point critique. La masse est humide, acide et sucrée. Un séchage lent derrière une fermentation longue ouvre la porte aux moisissures et au défaut phénol.

Les repères

• Oxygène dissousde 100 % à 0 % en 15 à 60 minutes, café dépulpé en bac hermétique
• pH5,5 à 5,8 au départ, 3,8 à 24 heures, plateau vers 3,6 après 36 heures
• Durées publiées12, 24, 48, 72, 96, 144, 180 et 192 heures
• Température de la masse en bioréacteur de 200 litres22 à 23 degrés au départ, 26 à 28 degrés au pic
• Note SCA selon la durée80,96 points à 12 heures contre 84,60 points à 96 heures
• Stratification d'une cuve de 175 kg à 72 heures5,06 g/L d'acide lactique au fond, 2,18 g/L en surface
• Viabilité de l'embryonau-dessus de 80 % jusqu'à 120 heures en cuve fermée, 25 % à 192 heures en cuve ouverte