Les frites à Eugène

29 05 2014

La papa de Snoopy, Charles Monroe Schultz aimait à dire que « Le bonheur c’est un plat de frite supplémentaire. »

Frites

Qu’est ce qui rend les frites si appréciée par tous les gourmands de la planète ?

Pour le savoir, passons une frite au scalpel. Une frite est composée d’une croûte qui croustille sous la dent et d’un coeur à la texture tendre.

Qu’est ce qui distingue la croûte d’une frite de son coeur ?

Les pommes de terres sont principalement composées d’eau et de grains d’amidons. Lorsqu’on chauffe une pomme de terre, on casse les molécules constituants les grains d’amidon. Ce phénomène la rend plus digeste pour notre estomac. Les grains d’amidons « cassés » se remplissent d’eau et forment une purée. En continuant à chauffer cette purée, l’eau s’évapore et on obtient alors une croûte dure. C’est la différence de teneur en eau entre la croûte et le coeur d’une frite qui explique son aspect.

Dans un bain d’huile, dont la température est bien supérieure à 100°C, les grains d’amidons de l’extérieur de la frite se cassent rapidement. Dans cette zone, l’eau s’évapore vite et on observe la formation d’une croûte. En revanche le transfert de l’énergie thermique du bain d’huile jusqu’au coeur de la frite met plus de temps à s’établir et les grains d’amidon y sont brisés plus lentement. Le plus souvent, l’eau présente à l’intérieur de la frite n’a pas le temps de s’évaporer complètement et cette région garde la texture d’une purée. Une bonne cuisson consiste à attendre le temps optimal pour que le coeur de la frite soit cuit sans que la croûte ne soit brûlée.

Une cuisson soumise à des règles strictes

Dans les friteries du Nord de la France et de Belgique, les frites sont cuites deux fois. On les plonge d’abord dans un premier bain d’huile entre 150°C et 160°C pendant 5 à 8 minutes. Après les avoir refroidies, on leur fait subir un second bain à 180-190°C pendant environ deux minutes. Ce procédé permet de cuire les frites jusqu’au coeur dans un premier temps puis de bien les dorer dans un second temps. Si on ne procède qu’à un seul bain à haute température on risque de ne pas cuire convenablement de coeur des frites ou de brûler l’extérieur.

On comprend que la cuisson des frites est très sensible à la température du bain. Il faut donc faire attention à ce que l’huile en contact avec les frites reste bien chaude pendant toute la cuisson. Et cela n’est pas simple car la cuisson de la frite prélève de l’énergie thermique à l’huile et la refroidie. Généralement cette diminution de température à proximité de la frite entraîne des mouvements de convection dans le bain (l’huile froide plus dense tombe au fond du bain) qui permettent à l’huile au contact de se renouveler. De même, l’évaporation de l’eau contenue dans les frites produit des bulles qui agitent le bain et homogénéise sa température. Ces raisons expliquent pourquoi les professionnels cuisent les frites en petite quantité dans un grand bain d’huile. Dans le cas inverse, l’immersion d’une grande quantité de pomme de terre abaisserait la température du bain et diminuerait la qualité de la cuisson.

La conséquence de ces explications est qu’il est impossible pour les astronautes de se faire cuire de bonnes frites dans l’espace. En effet, en absence de gravité, le mouvement de convection de l’huile reste limité. La température de l’huile autour des frites sera inférieure à celle optimale pour obtenir une frite bien croustillante.

A l’inverse, une étude a montré que la cuisson des frites dans une gravité supérieure à celle terrestre donne une croute plus épaisse. En effet, l’augmentation des mouvements de convection dans le bain permet aux transferts thermiques entre l’huile et les frites de se faire plus efficacement.

Des frites light ?

Il faut savoir que lorsque l’on sort les frites du bain, les frites ne sont peu imbibées d’huile. En effet, l’évaporation de l’eau contenue dans la pomme de terre sous forme de vapeur empêche l’huile de pénétrer pendant la cuisson. Ce n’est qu’une fois sortie du bain que l’huile présente à la surface pénètre dans les frites. Cette pénétration est accrue avec la condensation de la vapeur d’eau encore présente dans la frite qui cause une forte dépression intérieure et « pompe » l’huile. C’est pourquoi il est généralement bon de déposer les frites sur un papier absorbant dès la sortie du bain.

Puisque la cuisson des frites n’absorbe pas de grandes quantités d’huile, cela explique l’existence des friteuses nécessitant une seule cuillère d’huile. Afin d’assurer que le peu d’huile présent dans ces friteuses demeure à la bonne température, le bain est constamment agité et de l’air chaud est soufflé en permanence.

On retiendra que l’obtention d’une frite croquante en surface et moelleuse à l’intérieur requiert un contrôle précis des conditions de cuisson et explique la présence des chefs friturier dans les grands restaurants.

Sources :
Wikipédia – Frite (#).
Je veux apprendre à faire des frites – Hervé This (#).
Effect of increased gravitational acceleration in potato deep-fat frying – J-S. Lioumbas & T. D. Karapantsios (#).




Le gel d’un lac

20 01 2013

Le gel d’un lac en hiver est toujours une expérience amusante. Qui ne s’est jamais amusé à tester l’épaisseur de la couche de glace pour savoir si elle pouvait supporter son propre poids ?

Route de glace

Bien que le gel d’un lac soit un phénomène relativement courant sous nos latitudes, que savons nous à son propos ? Pourquoi la glace se forme t-elle en surface ? Se forme t-elle de manière homogène sur tout le lac ?

Afin de répondre à ces questions il faut commencer par s’intéresser aux propriétés étonnantes de l’eau. Nous savons que ce composé est à l’équilibre sous forme solide en dessous de 0°C à pression atmosphérique. Nous savons aussi que l’eau sous forme solide est 10% moins dense que sa forme liquide. Cette propriété propre à l’eau explique que la banquise flotte sur les océans ou que nos glaçons reste à la surface d’un verre d’eau. Enfin une autre propriété remarquable de l’eau liquide est d’avoir une densité maximale pour une température de 4°C. C’est-à-dire que pour des températures inférieures et supérieures, celle ci sera moins dense que de l’eau à 4°C. La dépendance de la densité de l’eau avec sa température est représentée plus en détail sur le graphique ci dessous.

Densité_température

Généralement dans un lac toute l’eau n’est pas à la même température. D’après la propriété précédente cela implique qu’il existe des zones de densité différentes. Ces zones vont s’organiser dans la profondeur du lac, les plus denses migrant vers le fond et les moins denses vers la surface.

En été, lorsque la température extérieure est supérieure à 4°C, l’eau la plus chaude est aussi la moins dense et remonte vers la surface. A l’inverse la plus froide (au minimum à 4°C) repose au fond. Cette stratification de la température de l’eau en fonction de la profondeur est une expérience courante pour les baigneurs dans un lac ou une piscine (quoique souvent trompeuse si on test la température de l’eau à la main avant d’y plonger !).

En revanche en hiver quand la température devient inférieure à 4°C, l’eau la plus chaude (au maximum à 4°C) est aussi la plus dense et migre vers le fond du lac. A l’inverse l’eau la plus froide (au minimum à 0°C) remonte vers la surface. En hiver il y a donc une inversion de la stratification de la température dans le lac. Le baigneur ne se fera donc plus surprendre en trempant au préalable la main dans le lac !

baignade lac gelé

Au contact d’un atmosphère extérieure sous les 0°C, l’eau en surface va pouvoir se transformer en glace. Le  fait que la glace se forme en surface provient donc de la dépendance de la densité de l’eau avec la température. De plus cette situation est rendue stable par le fait que l’eau solide est plus légère que celle liquide. C’est-à-dire qu’une fois la glace formée, celle-ci va rester en surface pour constituer une couche épaisse.

Il faut noter que la plupart des composés connus ont, contrairement à l’eau, une forme solide plus dense que leur forme liquide. Si on imaginait un lac d’un autre liquide (huile, alcool, etc..), la glace y coulerait et celui-ci se solidifierait par le fond. Dans ce cas la plupart de la vie aquatique aurait fini congelée au cours de l’évolution…

Mais quelle énergie faut t-il au juste pour geler un lac ? L’eau liquide a besoin de 4,18 joules par gramme d’eau pour se refroidir de 1°C et de 334 joules par gramme pour se solidifier. Pour refroidir de 20°C à 4°C le lac Léman il faut donc environ 6×10 18 Joules, ce qui correspond à la consommation électrique annuelle de la Norvège ! Et afin de geler une couche de 10 cm de glace sur tout la surface du même lac il faut fournir à une eau à 0°C pas moins de 2×10 16 Joules.

Cette immense quantité d’énergie est délivrée à l’atmosphère extérieure qui est en contact avec la surface du lac. Le transfert de cette énergie n’étant pas instantané, on peut comprendre qu’un certain temps soit nécessaire pour geler le lac. Il faut savoir que le taux d’énergie échangée entre l’atmosphère et le lac est proportionnel à sa surface ainsi qu’à leur différence de température respective. Plus la différence de température est importante, plus le lac refroidira et gèlera rapidement. Aussi plus le lac aura une grande surface par rapport à son volume, plus le transfert d’énergie permettra de geler rapidement tout le lac. Une petite flaque dans la rue se glacera facilement lors d’une nuit froide alors qu’il faut plusieurs semaines défilées de grand froid pour faire prendre le lac Léman.

Ce rapport entre la surface d’échange d’énergie pour refroidir un volume d’eau nous permet aussi de déterminer les zones du lac les plus sensibles au gel. Aux bords du lac la profondeur y est plus faible qu’au centre, pour une même surface il correspond donc un volume d’eau sous-jacent plus faible. A condition que ces deux zones soient soumises aux mêmes conditions climatiques, elles reçoivent une même quantité d’énergie par unité de surface. La zone au bord ayant un volume d’eau plus petit à refroidir, elle gèlera en premier. Les lacs gelés prennent d’abord sur les rives et ensuite au centre, d’où le suspens en essayant de les traverser.

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Les photographies précédentes ont été réalisées par le photographe Chip Phillips sur le lac Abraham dans l’Alberta. Ces colonnes de tâches blanches prises dans la couche de glace d’un lac sont dues à des plantes aquatiques. Dans la journée ces plantes relarguent du méthane, créant ainsi une bulle de gaz qui reste bloquée sous la surface de la glace et se trouve emprisonnée la nuit par la croissance de la couche de glace.

Sources :

Pourquoi la glace se forme t-elle d’abord en surface ? (#)

Science of the seasons. (#)

Lake Ice. (#)

Chip Phillips Photography. (#)





Un congélateur sous verrou

29 05 2012

Mieux vaut ne pas hésiter sur son parfum de glace préféré en la sortant du congélateur. Une fois ce dernier refermé, avez vous déjà remarqué à quel point il est difficile de le réouvrir ? Comment comprendre cet effet qui s’estompe quelques minutes plus tard ?

Lorsque l’on ouvre le congélateur, l’air ambiant s’y engouffre. Cet air est alors à température et pression atmosphérique. Une fois le congélateur refermé ce volume d’air reste à pression extérieure mais se retrouve en contact avec les parois froides (à environ -20°C). Les joints empêchant l’échange avec l’extérieur, l’air se refroidit dans un volume fermé. Lorsqu’un gaz se refroidit à volume constant, sa pression diminue avec la température. En considérant l’air comme un gaz parfait il est possible d’estimer la diminution de pression correspondant à un passage de 20°C à -20°C.  Celle-ci s’abaisse de 1,0150.10Pa à 1,0075.105 Pa. Cette différence de pression de 7500 Pa peut paraître faible par rapport à le pression atmosphérique. Cependant elle représente en théorie une force de 120 kg à exercer pour ouvrir une porte de congélateur de 40cm sur 40 cm ! En pratique cette force n’est pas aussi élevée car le refroidissement de l’air à -20°C n’est pas instantané et les joints de la porte ne sont pas parfaits. Cependant la force nécessaire pour ouvrir un congélateur juste refermé peut atteindre plusieurs dizaines de kilogrammes ce qui explique sa difficile réouverture.

Par ailleurs, c’est la non étanchéité des joints de la porte qui explique que l’équilibre des pressions entre intérieur et extérieur du congélateur soit rétabli au bout de quelques minutes. Dès lors l’ouverture de la porte redevient possible.

Cet effet est aussi présent pour la porte d’un frigidaire mais son intensité est plus faible en raison de la plus faible différence de température entre celui ci et l’extérieur.

Sources :

La main à la pâte – La porte du congélateur.  #

Wikipédia – Air. #





L’azote liquide

20 05 2012

L’azote liquide est un liquide transparent qui a la particularité de bouillir à  -196°C à pression atmosphérique. Dans les conditions usuelles, le diazote sous forme liquide est donc nécessairement plus froid que cette température. Cette propriété fait de lui un fluide cryogénique très utilisé en biologie pour refroidir rapidement les tissus vivants.

Un liquide si froid s’évapore très rapidement à température ambiante, c’est pourquoi nous n’y sommes pas habitué. Afin de le conserver quelques heures, on le stock dans des récipients calorifugés (sur le principe des thermos à café). Ce liquide exceptionnellement froid permet d’imaginer une multitude d’expériences surprenantes. La première expérience que l’on a envie d’essayer avec l’azote liquide est celle qui consiste à plonger un solide à l’intérieur. Commençons avec une pièce de monnaie :

On remarque que les solides ont des propriétés bien différentes à cette température de -196°C. Ici une pièce de monnaie se brise facilement à l’aide d’un simple coup de marteau ce qui serait impossible habituellement. Ce phénomène est aussi vrai pour d’autres objets comme les gommes, les tickets de métro ou encore les fleurs.

Continuons en plongeant des ballons de baudruches dans un bain d’azote liquide :

Contrairement à l’intuition le ballon n’éclate pas mais rapetisse. En effet l’air qu’il contient (principalement de l’azote gazeux) se liquéfie au contact de l’azote liquide et occupe un volume bien inférieur. D’ailleurs lorsqu’on relâche des ballons noyés dans l’azote à l’air libre ils se réchauffent et retrouvent leurs tailles originelles :

L’expérience suivante consiste à jeter de l’eau chaude sur de l’azote liquide :

Cette explosion est bien inoffensive car elle ne fait que produire un nuage ! En effet au contact d’un environnement si froid, l’eau se condense en fine gouttelettes qui peuvent même congeler en minuscules cristaux. C’est exactement la composition de la brume ou d’un nuage que l’on peut observer dans la nature. Ce qui est impressionnant ici c’est la rapidité avec laquelle il se forme.

Enfin une expérience déconcertante est de tremper sa propre main dans l’azote liquide. Quoi mais vous êtes fou ? Transformer sa main en glaçon à -196°C, non merci ! Il se trouve que cette expérience est possible pendant une poignée de secondes. En effet la différence de température est telle entre notre main et l’azote liquide que lorsqu’on la plonge à l’intérieur, l’évaporation du liquide est telle qu’elle créer un fin film de vapeur qui isole notre main du liquide. Ainsi notre main ressort non mouillée et pas à -196°C. Ouf cet individu n’a pas connu une fin terrible :

Et pour finir par une note gourmande, l’azote liquide est aussi utilisé en cuisine afin de créer des glaces en quelques minutes. Et ce sans danger puisque l’azote liquide s’évapore ensuite dans l’atmosphère pour laisser de superbes crèmes glacées :

Source : Wikipédia – Azote liquide. #





Professor Wonderful

10 03 2012

Julius Sumner Miller est un physicien américain qui a grandement contribué à diffuser les sciences physiques à la télévision. Il débuta sur le petit écran américain dans l’émission « Why is it so ? » en 1959 avant de devenir « Professor Wonderful » pour le Mickey Mouse Club entre 1962 et 1964. Après un passage sur la télé australienne, il revient aux Etats Unis avec le programme « Demonstrations in Physics » où il entamait chaque émission par la phrase : « How do you do, ladies and gentlemen, and boys and girls. I am Julius Sumner Miller, and physics is my business. » . Un exemple d’une démonstration de Julius Sumner Miller est visible sur la vidéo suivante :

De part l’aspect visuel de ses expériences et son enthousiasme incroyable, Julius Sumner Miller s’est imposé comme l’ambassadeur de la physique expérimentale dans les années 60.

Lors d’une intervention pour la télévision australienne, il tenta d’improviser une expérience consistant à percer une pomme de terre à l’aide d’une paille. La paille n’est pas assez solide pour transpercer la pomme de terre à moins que l’on pince l’une de ces extrémités. Ce jour là  Julius Sumner Miller ne parvient pas à réussir son expérience et il déclara « Australian straws ain’t worth a damn » (à traduire par : « Ces pailles australienne sont merdiques »).  Ce commentaire lui vaudra de retrouver le lendemain un million de pailles déversées dans son laboratoire. Il dira plus tard avoir fait une erreur. Il aurait en effet préféré dire : « Les pommes de Terre australienne ne valent rien » pour pouvoir ainsi  » accaparé le marché de la pomme de terre ! ».

Source : Wikipédia. #





Les cheminées

28 02 2012

« Il y a du feu dans l’âtre, mais le vent a embouché la cheminée et il souffle sa musique avec de la fumée, des cendres volantes et en aplatissant la flamme. »  Jean Giono.

Cette citation de Jean Giono dans Regain explicite à merveille l’interaction de l’air, de la fumée et du feu à l’intérieur d’une cheminée. Il est vrai que le spectacle d’un feu de cheminée peut nous fasciner pendant de longues heures en hiver. D’autant plus que celui ci se maintient plusieurs heures sans que l’on ait besoin de s’en soucier. Le renouvellement de l’air nécessaire à la combustion, la propagation de la chaleur à la pièce ainsi que l’évacuation des fumées se font naturellement. Mais quelles doivent être les caractéristiques d’une cheminée et de son conduit pour que ses fonctions soient si bien assurées ?

Afin de répondre à cette question, penchons nous sur le fonctionnement d’une cheminée. Celle-ci est constituée d’un foyer où a lieu la combustion (du bois, du gaz naturel, d’huile, de charbon, etc.) et d’un conduit qui achemine vers l’extérieur les gaz et les fumées résultants de cette opération.

L’air, au contact du feu, se réchauffe et devient moins dense que l’air froid extérieur. L’air chaud s’élève dans le conduit jusqu’à retrouver l’extérieur tout en emportant les gaz (diazote, dioxyde de carbone, vapeur d’eau, etc.) et les fumées. C’est le phénomène de convection thermique naturelle que l’on retrouve dans l’expérience suivante :

Sur cette vidéo l’air froid entre par la droite dans la boîte. On remarque, grâce à la présence de fumée blanche dans l’air, que celui descend dans la pièce. Au contact de la flamme de la bougie, l’air se réchauffe, sa densité diminue et il remonte dans la boîte.  De la même manière, l’air chauffé par le feu de bois va automatiquement remonté dans le conduit de cheminée.

Si la montée de l’air chaud est désirable pour le renouvellement de l’air du foyer et l’évacuation des fumées, il ne l’est pas pour le chauffage de la pièce. Dans le cas où le renouvellement de l’air dans l’âtre serait trop important, l’air chaud serait relâché vers l’extérieur avant même d’avoir eût un effet sur la température de la pièce.

On comprend que le bon fonctionnement d’une cheminée résulte d’un optimum entre une bonne aération et un bon transfert de chaleur à la pièce. On peut alors se demander comment les caractéristiques d’une cheminée vont influencer ces deux phénomènes. En quoi la hauteur du conduit est t-elle déterminante ? Sa section doit-elle être plutôt carrée ou circulaire ? Quel propriétés doivent posséder les matériaux qui le constitue ?

Commençons par discuter la hauteur du conduit. Celle ci est extrêmement variable d’une cheminée à l’autre. On peut par exemple remarquer que les cheminées industrielles sont très hautes alors que celles ménagères ne dépassent que rarement le toit des maisons.

Ceci s’explique par le fait que plus le conduit de la cheminée va être haut, plus le débit d’air sortant de la cheminée sera important (pour une même différence de température entre le foyer et l’extérieur).  En effet, la force motrice exercée sur une particule d’air dans la cheminée est la poussée d’Archimède, A = δρ g, résultant de la différence de densité  δρ entre l’air chaud et froid. Ainsi, plus le conduit de la cheminée est haut plus cette force s’appliquera longtemps et plus la colonne d’air sera entraînée rapidement vers l’extérieur.

Ainsi dans le cas d’une cheminée d’usine où l’unique objectif est de renouveler le plus rapidement possible l’air du foyer, la hauteur du conduit de cheminée sera choisit la plus grande possible. La seule limitation est alors celle de la fragilité de la structure construite, en particulier vis-à-vis de sa prise au vent.

Si les conduits de cheminée de nos maisons ne sont pas aussi haut que ceux des usines, c’est que nous les utilisons pour chauffer nos intérieurs. Ceux ci dépassent que de peu la hauteur du toit de nos maison afin que l’air chaud présent dans le conduit soit toujours en contact avec l’air de la maison(par l’intermédiaire d’un matériau réfractaire). L’augmentation de la hauteur de ce conduit au dessus du toit augmenterait le tirage de la cheminée mais mettrait en contact l’air chauffé avec l’air extérieur, ce qui serait inutile.

Source :
Wikipédia, Stack effect. #
YouTube, Vortex of doom. #




Taille des animaux à sang chaud

1 07 2011

Dans la nature, il n’existe guère d’animaux à sang chaud dont la taille soit inférieure à celle d’une souris. Comment expliquer cette constatation ?

Le sang chaud permet aux animaux de maintenir une température quasi constante indépendamment des fluctuations de température extérieurs. Cette propriété présente un avantage dans la lutte pour la survie mais elle a aussi permit aux mammifères de diversifier les formes du vivant.

La production d’énergie thermique est proportionnelle au volume de l’animal, soit au cube de sa taille. Or la déperdition de cette énergie se fait proportionnellement à la surface de l’animal exposée à l’extérieur. La perte énergétique dépend donc du carré de la taille de l’animal. Ainsi le rapport entre l’énergie produite sur celle perdue est proportionnelle à la taille de l’animal (rapport du cube sur le carré de la taille). Il est donc plus facile pour les animaux de grande taille de maintenir une température constante.

Ce raisonnement se répercute sur la quantité de nourriture consommée par les animaux. En effet, la production d’énergie thermique provient de la nourriture absorbée, digérée puis brûlée. Ainsi les plus gros animaux (baleines, éléphants, etc…), consomment de 2 à 7 % de leur poids en nourriture par jour. En revanche les plus petits mammifères (souris, oiseaux de mer, etc…) mangent l’équivalent de leur propre poids en une journée. Ceci prouve que les plus petits animaux à sang chaud subissent relativement une perte d’énergie thermique plus importante que les plus grands. La conclusion précédente peut être quantifiée sur le graphique suivant : l’énergie utilisée par un animal en kiloJoule par kilo et par jour décroît avec la masse de celui ci (donc avec sa taille).

Finalement il est difficile d’envisager un animal à sang chaud de taille arbitrairement faible car sa consommation de nourriture par jour deviendrait trop importante comparée à sa masse.

Sources :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Homéotherme

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_d’échelle

http://forums.futura-sciences.com/biologie/904-devinette-taille-mammiferes.html

http://www.afblum.be/bioafb/indienvi/indienvi.htm