Expérience 1 : Cuire des aliments : conduction / convection – Travaux d’étudiants BTSA STA de l’ENILBIO de Poligny (à distance !)

Retour d’expérience des étudiants BTSA Sciences et technologies des aliments, Aliments et processus technologiques de travaux effectués à distance durant le confinement

Lien vers la formation suivie : https://www.enil.fr/formations/bts/btsa-sta-aliments-technologies

Modalités :

• travailler « à distance » par groupe si vous le souhaitez.
• réaliser les manipulations à la maison, avec les moyens dont vous disposez.
• rendre les résultats de vos essais, calculs.
• envoyer quelques photos de vos expériences ou réalisations.

Travail demandé :

• A partir de ce barème, tracer la courbe de la température en fonction du temps.
• Tracer, approximativement, l’allure de la courbe de la température à cœur : d’une sauce bolognaise et d’une escalope de poulet. Les tracés de courbe peuvent être réalisés sur Excel.
• Conclure sur le transfert de chaleur.
• Imaginer une expérience, réalisable chez vous, pour illustrer ce phénomène.
• Vérifier vos conclusions à l’aide de cette expérience.

Par Jonathan :

La conduction (chauffage d’un solide) est un transfert de proche en proche, la convection (chauffage de liquide) est un transfert de masse.

Conduction : sur un couteau en métal faire couler de l’eau très chaude sur une extrémité et toucher l’autre extrémité.

Au toucher on peut ressentir le transfert de chaleur au fur et à mesure.

Convection (transfert de masse) : dans de l’eau froide placer de l’huile végétale et chauffer par le bas, observer les mouvements de fluides (effet lampe à lave), progressivement les fluides en chauffant deviennent moins dense, remontent à la surface en raison de la différence de densité et refroidissent avant de replonger sur les côtés.

On observe ainsi le mouvement de convection.

Par Chloé et valentin :

Nous pouvons observer grâce au graphique réalisé lors de cette expérience qu’il y a un transfert de chaleur :

En effet deux types de transfert sont apparents :

• Le premier type concerne la sauce du saumon. C’est la convection car le produit se réchauffe très vite cependant il refroidit également très vite.
• A l’inverse de la sauce, le saumon utilise un autre mode de transfert de chaleur qui est la conduction car il va chauffer doucement et mettre plus longtemps pour obtenir la température maximum durant la cuisson. Il va donc se refroidir lentement ensuite.

Lors de la réalisation de cette expérience nous avons décidé de cuire un steak de saumon dans une poêle et de préparer dans une autre poêle une sauce pour l’accompagner. En réalisant cette cuisson nous avons constaté avec un thermomètre que la sauce s’était réchauffée plus rapidement que le saumon, nous en avons donc conclu sur les types de transfert de chaleur.

Par Marine :

On voit ainsi que la convection chauffe plus rapidement que la conduction.

Pour illustrer ce phénomène j’utiliserai l’exemple d’un plat (souvent préparé lors de ce confinement) : les quenelles à la sauce tomate. Les MP sont stockées au frigo (+4°C) et sont chauffées au four. On peut alors constater que la sauce tomate chauffe plus rapidement que les quenelles comme elle refroidit plus rapidement.

Par Léonie et Léo :

Nous avons utilisé un steak haché comme élément solide et de l’eau comme élément liquide. Les résultats sont les suivants :

L’eau a plus de facilité en transfert de chaleur que le steak haché. Le steak haché ne monte qu’à une température de 56.1°C en 10 minutes, alors que l’eau monte à 90°C en 7 minutes.

Par Elise, Mélanie et Lucas :

Pour la bolognaise : transfert par convection : la source de chaleur réchauffe la bolognaise et crée une différence de densité entre le haut et le bas de sac. Cette différence de densité permet donc de créer un flux : ce qui est le plus dense (aura tendance à « monter ») et ce qui est moins dense (aura tendance à « descendre »).

Pour le poulet : transfert par conduction : la source de chaleur réchauffe la périphérie des poulets à l’excitation des molécules du poulet dû à la température va se propager jusqu’au cœur (le phénomène aura tendance à s’atténuer suivant la résistance thermique du poulet au flux de conduction).

Par Maxence :

D’après les courbes, on considère les points suivants :

• Lors de la cuisson, la courbe de la bolognaise présente des températures plus élevées que celle du poulet.
• Lors du premier refroidissement, les courbes se confondent.
• Lors du deuxième refroidissement, la courbe de refroidissement de la bolognaise est plus basse que celle du poulet.
• Donc on peut en déduire que les transferts de chaleur sont plus efficaces avec la sauce bolognaise que avec le poulet. L’énergie est apportée par convection de la vapeur autour des aliments. Dans le cas de la bolognaise, riche en humidité, la chaleur apportée par la vapeur se transmet aussi par convection à l’intérieur de la bolognaise. En revanche, pour le poulet, moins riche en eau disponible, la chaleur est transférée par conduction thermique.
• Le même phénomène est visible lors des phases de refroidissement.

Conclusion, la convection est plus efficace que la conduction.

J’ai choisi la cuisson d’un œuf dur.

• J’ai posé un œuf sur un coquetier à l’intérieur d’une casserole d’eau.
• J’ai perforé l’œuf et placé un thermomètre à l’intérieur.
• J’ai fait chauffer l’eau et relevé la température à l’intérieur de l’œuf toutes les minutes
• Après 15 minutes à ébullition, j’ai transféré l’œuf dans une casserole d’eau froide (20°C) et relevé la température à l’intérieur de l’œuf.

Conclusion :

• Les températures de coagulation du blanc d’œuf et du jaune d’œuf sont respectivement 57°C et 65°C.
• Lors de la cuisson, on note une montée en température rapide lorsque l’œuf est encore liquide. Puis, une fois le jaune solidifié, j’ai observé un ralentissement de la montée en température.
• En phase liquide, la chaleur se transmet par convection. Une fois l’œuf solidifié, la chaleur se transmet par conduction.
• Le refroidissement est plus rapide au début car la différence de température entre l’œuf et l’eau froide est très importante (Δ T* = 80°C). Ensuite, le refroidissement est moins efficace. *Formule du transfert de chaleur: W =m c Δ T

Par Mylène et Florianne :

Nous observons des bulles dans la sauce tomate et non dans les lentilles. La convection est donc plus rapide. Le transfert de chaleur est plus efficace par convection que par conduction.

Par Louise, Léo, Sacha et Neven :

On observe grâce à ces courbes que pour les deux produits présentés ci-dessus, il y a comme transfert de chaleur :

• à sauce bolognaise : convection (chauffe plus rapidement, mais refroidit très vite) ;
• à escalope de poulet : conduction (met plus de temps à chauffer, mais reste chaud plus longtemps).

Pour tester l’expérience, nous avons pris des escalopes de poulet avec du jus que nous avons chauffé à la poêle. En l’absence de thermomètre, nous avons utilisé notre doigt pour sentir l’augmentation de chaleur. Nous avons pu observer que le jus a chauffé beaucoup plus rapidement que les escalopes de poulet à cœur. Or, lors de sa dégustation est après avoir été servis dans l’assiette, le poulet est resté chaud plus longtemps, tandis que le jus a refroidit assez rapidement.

Par Valentine :

Le transfert de chaleur est plus important dans la sauce bolognaise car il s’agit d’un transfert thermique par convection.

La cuisson d’un steak et de son jus dans une poêle.

N’ayant pas de thermomètre de cuisine à ma disposition, j’ai utilisé mon doigt pour comparer les différences de chaleur. En effet, j’ai pu constater que le jus était plus chaud que le cœur du steak.

Par Agathe :

Avec une boîte de converse de quenelle :

• Température initiale du produit : 20°C (température ambiante)
• Cuisson
• Température finale sauce : 77°C
• Température finale au cœur de la quenelle : 60°C

La sauce présente dans la boite de conserve sera plus chaude que la température à cœur de l’aliment. On peut donc confirmer qu’un aliment « liquide » monte plus vite en température qu’un aliment « solide ».

Par Sarah et Christal :

A travers ces courbes, on peut conclure que le transfert de chaleur s’effectue mieux sur un produit liquide qu’un produit solide. Nous avons choisi de faire partir les deux produits à la même température pour bien montrer l’écart de température. En effet la sauce bolognaise étant un produit liquide, le transfert de chaleur au sein même du produit se fait plus facilement tant dit que pour le poulet qui est un produit solide, le transfert thermique sur un temps de donné sera toujours inférieur.

Expérience :

Nous avons choisi de reproduire cette expérience mais en changeant les deux produits : Steak haché et de la compote. En préchauffant le four à 180°C, nous y avons placé les deux aliments pendant 10 minutes. Lorsque la minuterie a sonné, nous avons sorti les produits en même temps et le constat était le même. Malgré le fait que nous ne possédions pas de thermomètre alimentaire, nous avons pu remarquer que la compote était bien plus chaude que le steak haché. Cela ne fait donc que confirmer la science exacte qui explique que le transfert de chaleur se fait plus rapidement dans un solide qu’un liquide.

Par Maxence et Hugo :

Le transfert de chaleur utilisé pour la sauce bolognaise est donc la convection alors que l’escalope de poulet utilise le phénomène de conduction. La convection est un mode de transfert thermique au sein d’un fluide ou entre un fluide et un solide. Il y déplacement de matière. La conduction est un mode de transfert thermique au sein d’un milieu solide, provoqué par une différence de température au sein de ce solide. Il n’y a pas de déplacement de matière.

On prend deux morceaux de pain de mie de la même taille et de même masse. On les chauffe tous les deux aux micro-ondes, avec le même temps et la même puissance. Afin de comparer ces deux modes de transfert de chaleur, un morceau sera chauffé dans un bol d’eau à température ambiante (phénomène de convection) tandis que l’autre sera chauffé tel quel (conduction). On mesurera ensuite la différence de température afin de conclure sur ces deux modes de transfert.

Après avoir passé les deux morceaux de pain aux micro-ondes pendant une minute. Le résultat est le suivant : le morceau de pain chauffé dans l’eau possède une température bien plus haute que le morceau chauffé normalement. (Ne disposant pas d’un thermomètre, la mesure réalisée est d’origine sensorielle et est donc peu précise). On peut donc en conclure que le mode de transfert thermique par convection est plus efficace que le mode de transfert par conduction.

Par Elisa :

Au vu du graphique, nous pouvons apporter une conclusion sur le transfert de chaleur. Nous observons que la température à cœur de la bolognaise augmente plus rapidement que celle du poulet. Nous pouvons donc supposer que la température à cœur d’un produit liquide augmente plus vite que celle d’un produit solide. Nous pouvons en déduire que la convection (transport de chaleur dans un fluide, par déplacement de molécules) est plus efficace que la conduction (diffusion progressive de l’agitation thermique dans la matière).

Pour illustrer le transfert de chaleur j’ai décidé de réaliser une expérience avec un steak haché et une sauce tomate.

Etape 1 : j’ai mis en même temps ma sauce dans une casserole et mon steak dans une poêle. Ayant été mis à température ambiante un certain temps, les 2 produits avaient une température initiale identique.

Etape 2 : Au bout de 5 min, je me rends compte que ma sauce était en train de bouillir et était très chaude alors que mon steak était encore cru à l’intérieur.

A l’aide de cette expérience, je peux confirmer ma conclusion évoquée précédemment. Mes 2 aliments ont commencé à cuire en même temps avec une puissance de feu égale. Au bout de 5 min, on aperçoit distinctement la différence de température à cœur des produits. On se rend bien compte que la sauce chauffe plus vite que le steak. On peut en conclure que la convection est plus efficace que la conduction.

Par Lucie, Claire et Aurélien :

Il existe trois types de transfert de chaleur : conduction, convection et rayonnement.

• Le rayonnement est l’énergie qui est mis en œuvre pour faire chauffer un produit (exemple : gaz, flammes, électricité).
• La convection est le transfert de chaleur qui va permettre à un autre produit de chauffer
• La conduction est le transfert de chaleur qui est lié à la convection c’est- à- dire qu’un produit chauffe grâce au produit de convection.

Pour conclure, le transfert de chaleur se fait de façon cyclique, en l’absence de l’un des modes de transfert la chaleur ne pourra alors se répercuter.

Pour illustrer ce phénomène, nous avons fait l’expérience avec de la sauce tomate et des boulettes de viandes. Nous avons commencé avec ces deux ingrédients qui étaient à la même température. Ensuite, nous les avons versés dans une poêle. Quand la sauce a commencé à bouillir, nous avons fais une prise de température. La sauce était à 56°C alors que les boulettes de viandes étaient seulement à 30°C.

Dans notre expérience, on peut vérifier notre conclusion car les boulettes de viandes étaient plus froides que la sauce tomate. La sauce a été chauffée par convection alors que les boulettes de viandes par conduction. Donc, nos boulettes de viandes ont mis plus de temps à chauffer car il fallait attendre que la sauce soit chaude pour qu’elle puisse transmettre sa chaleur.

Par Lénaïc :

On observe que lorsque le produit est liquide, ici la sauce bolognaise, le transfert de chaleur est plus rapide. C’est la convection. Lorsque le produit est solide, ici le poulet, le transfert de chaleur est plus long. C’est la conduction.

Pour illustrer de phénomène de transfert de température, j’ai relevé la température d’une saucisse et de son eau de cuisson. Voici les relevés :

En observant ces courbes, on peut conclure de la même manière que la première fois : lorsque le produit est liquide le transfert de chaleur est plus rapide. C’est la convection. Lorsque le produit est solide le transfert de chaleur est plus long. C’est la conduction.

Par Ma-You :

On peut voir que la sauce atteint plus vite la température de consigne que le poulet. En effet, le sauce arrive à 100°C à 12 minutes tant dis que le poulet a mis 15 minutes pour atteindre les 100°C.

De même pour le refroidissement, on peut voir que la sauce met moins de temps à descendre en température que le poulet. En effet, en fin de consigne, soit à 41 minutes, la température de consigne étant de 25°C, celle de la sauce est de 37°C alors que celle du poulet est seulement de 64°C.

On peut dire que le transfert de chaleur est plus rapide dans un produit liquide que solide. Donc plus le produit est dense, plus il faudra du temps pour atteindre la température de consigne.

Cuisson d’une pomme et d’un jus de fruit à 180°C dans un four.

Grâce à l’expérience, on observe un transfert de chaleur est plus rapide dans le jus de fruit que dans la pomme. Donc cela confirme la théorie « plus le produit est dense plus le transfert de chaleur est lent ».

Contact : Arielle BRENDLE, arielle.brendle@educagri.fr