Quelle température dans les aliments ?

Il y a des données techniques éclairantes, mais mal connues. Pourquoi ne pas les partager ? Leur prise en compte conduit à la fois à des techniques rénovées et à des changements utiles de mentalité. 

Examinons donc la question : quelle est la température dans les aliments ? 

 

Sans soutien théorique, on serait tenté de faire des expériences... bien inutiles ! De même que l'on aura raison de penser que "les calculs nous sauvent toujours", on sera avisé de croire que l'analyse théorique s'impose absolument avant toute expérimentation, même si l'on veut seulement être réfuté par l'expérience, dans un sain mouvement scientifique. 

Pour répondre à la question posée, il faut une donnée de base : tant que de l'eau est liquide à la pression atmosphérique, sa température est inférieure à 100 degrés. 

Et c'est ainsi que si l'on met une boule de pâte à pain dans un four à 250 degrés, certes la surface de la boule est rapidement portée à cette même température de 250 degrés, mais puisque l'intérieur contient de l'eau liquide, la température de l'intérieur est inférieure à 100 degrés. Après un moment, une croûte se forme : à l'extérieur de la croûte, la température est de 250 degrés, mais au niveau exact de l'intérieur de la croûte, la température n'est que de 100 degrés. Et cette croûte on n'a que quelques millimètres d'épaisseur après plusieurs dizaines de minutes. 

En effet, l'évaporation de l'eau (de la croûte) consomme beaucoup d'énergie, de sorte que cette évaporation consomme de l'eau liquide, mais maintient la température à 100 degrés. L'analyse vaut pour l'augmentation de température dans une casserole : quand on commence à chauffer, l'énergie donnée par la source de chaleur passe à la casserole, qui la transmet en partie à l'eau : la température de l'eau augmente, en même temps que l'eau commence à s'évaporer davantage.
Puis vient un moment où la température atteint 100 °C, et alors l'eau bout ; toutefois l'évaporation de l'eau consomme tant d'énergie que le flux ne suffit pas à augmenter la température de l'eau, qui reste à 100 °C tant qu'il y a de l'eau liquide. 

 

Pour en revenir à la boule de pâte à pain, il faut se représenter qu'au début de la cuisson, la température est partout égale à la température ambiante, c'est-à-dire en pratique environ 20 degrés. Quand on enfourne la boule de pâte, la température à la surface augmente progressivement et il est vrai que de la chaleur s'introduit progressivement dans la boule de pâte. Mais, pendant un long moment, la température à coeur ne change pas et reste égale à 20 degrés. Quand la température atteint les 250 degrés à la surface et que la croûte se forme, il y a donc à partir de la surface de 250° pour la surface extérieure, 100° pour la surface intérieure de la croûte et une température qui diminue jusque non pas exactement 20° mais guère plus, et c'est ainsi que après des dizaines de minutes, la température à coeur augmente péniblement de 20 à 30, 40, 50, 60 et 70° et guère plus. 

Je n'ai pas mesuré la température à coeur d'une boule de pâte à pain, mais je l'ai fait pour des soufflés d'une dizaine de centimètres de diamètre. Pour ces derniers la température à cœur atteignait à peine 65° après 45 minutes de cuisson, ce qui correspond à un intérieur très moelleux, quasi liquide, un peu comme une omelette.

Beurre nantais ? Beurre blanc ? Non, sauce blanche !

 Ce matin, une question à propos de "beurre nantais"

 

Bonjour Monsieur This,

Je suis  nantais d'origine et  adepte de la sauce au beurre blanc (parfois appelée beurre nantais).
Je m'adresse à vous car je pense que vous êtes à même d'expliquer le pourquoi du comment quant à la réussite ou le ratage de cette sauce. Je la rate plus souvent (à mon grand désespoir) que je ne la réussis ! Et j'aimerais ne pas la rater pour les fêtes de Noël...

Après moult essais et recherches sur internet, je ne trouve pas d'explications scientifiques poussées.
Chacun a son explication ou son astuce mais sans trop pouvoir la justifier :

- couper menu les échalotes ??
- réduire très lentement le mélange échalotes + vinaigre + vin ??
- ajouter systématiquement du vin au vinaigre ( pb d'acidité ? acidité du vin moins importante que celle du vinaigre ? )
- laisser refroidir complètement la réduction d'échalotes avant d'incorporer le beurre ??
- ajouter de la crème avant d'incorporer le beurre ??
- ajouter un filet d'eau froide ??
- incorporer le beurre froid  ou très froid ( il y a apparemment un consensus là dessus) ??      en petits morceaux ??
- mélanger le beurre sans jamais cesser de fouetter délicatement en formant des 8 et à feux doux ??
- beurre clarifié ??
- difficile de la réchauffer au bain-marie ??

Quelles sont dans toutes ces manipulations, les vrais gestes à faire et surtout pour quelles raisons je suis un?

Je vous ai connu par le biais de vos articles très intéressants dans la revue Pour la Science ( et gastronomie)
J'ai une formation scientifique ( baccalauréat C). J'aimerais comprendre le ou les phénomènes physico-chimiques inhérents à l'élaboration du beurre blanc.

Je crois avoir compris que le beurre est une émulsion inversée  "eau dans huile" .

Est-ce qu'une question de température (froid au départ, pas trop chaud ensuite mais quels seraient alors les seuils à ne pas dépasser)  et/ou d'acidité (vinaigre, vin), ou bien autre chose encore ?

En résumé, que se passe-t-il chimiquement pour que cette sauce au beurre blanc soit si instable ?

Je suis tombé sur ce podcast, certes intéressant, mais ne fournissant pas suffisamment d'explications ( il est question du beurre blanc des minutes 10 à 18) :
https://www.franceinter.fr/vie-quotidienne/le-beurre-blanc

J'espère que vous comprendrez mon interrogation et que vous pourrez y répondre malgré votre temps précieux.

Merci d'avance.
Bien gastronomiquement.

 

Et voici ma réponse
 
Merci pour votre message.
La première des choses que je fais, quand je discute d'une recette, c'est de savoir vraiment ce dont je parle... et cela m'a conduit à faire, chaque semaine, une recherche historique que je publie dans les Nouvelles gastronomiques... avec de nombreuses surprises !
Et pour le "beurre blanc" : https://nouvellesgastronomiques.com/beurre-blanc-non-sauce-blanche/. 

Voici en clair : 

Beurre blanc ? Non : sauce blanche

05/07/2021

Hervé This s’interroge sur l’appellation de cette sauce que tout le monde connaît… Le beurre blanc ? Ces billets terminologiques ont déjà plusieurs fois signalé des attributions erronées de termes, et il vient d’en trouver un nouveau…

Wikipédia signalait que, en 1890, au restaurant La Buvette de la Marine, dans le hameau de La Chebuette, lieu-dit de la commune de Saint-Julien-de-Concelles, situé sur les bords de la Loire, à quelques kilomètres en amont de Nantes, une certaine Clémence Lefeuvre aurait inventé le beurre blanc, pour le marier avec les poissons de Loire. On dit même que cela aurait résulté d’un ratage d’une béarnaise… mais c’est être bien ignorant de l’histoire de la cuisine que de propager cette idée, car on trouve déjà une sauce tout à fait analogue dans l’auteur du 17^e siècle (deux siècles et demi avant cette cuisinière nantaise!) qui signe seulement de ses initiales « L.S.R », peut-être pour « le sieur Robert ».

Plus précisément, LSR, en 1643, propose de faire une « sauce blanche » avec beurre, bouillon, sel, poivre, qu’il sert sur du brochet, et qui insiste pour dire que l’émulsion doit être bien faite, sans « tourner en huile ».

Bref, Clémence Lefeuvre n’a rien inventé… d’autant que l’on retrouve encore cette « sauce blanche » chez Pierre François La Varenne : « faites une sauce avec du beurre bien frais, peu de vinaigre, sel, muscade, & un jaune d’oeuf pour lier la sauce. » Là, il détourne la sauce blanche de LSR, puisqu’il lie aux œufs. Massialot, en 1705, détourne encore davantage en proposant une sauce faite de persil, sel, poivre blanc, jaunes d’oeufs, filet de vinaigre, un peu de bouillon :cette fois, c’est une suspension, une sauce qui doit son épaisseur à la coagulation des jaunes d’oeufs plutôt qu’à l’émulsion du beurre fondu dans le bouillon dans le vinaigre.

 

A noter que tout cela se retrouve ensuite dans le "Glossaire des métiers du goût" : https://icmpg.hub.inrae.fr/travaux-en-francais/glossaire/glossaire-des-metiers-du-gout
(il me faut parfois un peu de temps pour rectifier le glossaire)

 

Cela étant, si votre recette consiste à faire revenir des échalotes avec du vinaigre et du vin, puis à ajouter de la crème et du beurre, alors je ne l'ai jamais ratée, considérant les principes sains suivants :
 

1. "Il faut au moins 5 % d'eau pour faire tenir une émulsion".

2. "Il faut des composés tensioactifs (protéines par exemple) pour assurer la dispersion stabilisée des gouttes de matière grasse dans l'eau". 

Ici, l'eau vient du vinaigre, du vin, de la crème, du beurre... mais elle s'évapore, et c'est souvent la cause du ratage.

Couper menu les échalotes ? C'est seulement une question de goût, mais il est vrai que plus vous coupez finement, plus vous libérez le contenu des cellules.

Réduire lentement le mélange échalotes+vinaigre+vin ? A ma connaissance, personne n'a encore comparé la réduction lente ou rapide, analytiquement en tout cas. Une expérience à faire... assortie d'un test triangulaire, comme je l'explique dans l'avant dernier numéro de Pour la Science
 

Ajouter du vin au vinaigre ? Je crois que la question de l'acidité est très secondaire. C'est la présence d'eau qui compte.
 

Laisser refroidir les échalotes ? Aucun intérêt."Il faut au moins 5 % d'eau pour faire tenir une émulsion".
 

Ajouter de la crème ? La crème apporte de l'eau, ce qui permet de mettre ensuite plus de beurre. Elle apporte aussi des tensioactifs, et cela est important (voir plus loin). 

Ajouter un filet d'eau froide : certainement, quand on met beaucoup de beurre, on risque de dépasser les 95 % fatidiques, et, tout comme on met du jus de citron ou du vinaigre dans une mayonnaise qui épaissit, un filet d'eau fait son office... mais dommage, car l'eau n'a pas de goût : pourquoi pas vin, vinaigre, jus de citron, thé, jus de légume, fond, jus de fruit, etc. ?

Le beurre froid, en morceaux : aucun intérêt, car il finit toujours par fondre et s'émulsionner.

Beurre clarifié : apporte moins d'eau, et le petit lait a un goût différent, donc une question de choix artistique (gustatif). Mais attention : pour un sauce sans crème, le petit lait devient essentiel, par les protéines qu'il apporte.
 

Réchauffer au bain marie ? Moi je réchauffe autant que je veux, et à plein feu, sans me fatiguer à faire un bain marie.

Bref rien de plus simple :
- le beurre fond, et fait "huile"
- il libère du petit lait (de l'eau et des protéines) quand il n'est pas clarifié
- et il faut 5% d'eau pour faire tenir l'émulsion, qui est d'ailleurs une émulsion de type huile dans eau.

Non, le beurre n'est pas une émulsion eau dans huile, comme cela est prétendu et fautivement enseigné jusque dans les écoles d'ingénieurs agronomes : voir à ce sujet mon livre Mon histoire de cuisine (fait pour des personnes comme vous), ou bien le Handbook of Molecular Gastronomy.

Les températures ? Peu importe... mais attention que plus on chauffe et plus l'eau s'évapore : pensons à nos 5%.

Instabilité de la sauce ? Les tensioactifs proviennent de la crème, du beurre... mais si l'on broie les échalotes, on peut aussi en extraire de ces dernières.
Car une émulsion, c'est de l'eau (phase continue), des gouttes d'huile, des tensioactifs pour les couvrir et les disperser.
Dans la crème et le beurre, il y a des tas de protéines, parfaitement tensioactives. Mais dans le beurre clarifié, elles ne sont pas présentes, d'où l'intérêt de la crème. A noter qu'on peut aussi ajouter des tensioactifs insipides : un quart de feuilles de gélatine, ou n'importe quel tissu végétal ou animal broyé finement (même du gazon), qui libérera des phospholipides et des protéines.

Bien cordialement, joyeuses fêtes

Pour nos confitures, attention à la qualité de l'eau

 Attention à la qualité de l'eau : par « qualité », je ne veux pas indiquer que l'eau serait ou non pleine de composés toxiques, parce que je crois,  au contraire,  que jamais notre eau n'a été si bonne (pour rien au monde, je n'aurais voulu vivre à une époque - ce prétendu âge d'or qui n'a jamais existé-  où les tanneurs polluaient les cours d'eau, sans parler d'une qualité microbiologique redoutable, qui tue encore aujourd'hui dans des pays d'Afrique). 

Non, je voulais seulement discuter le contenu en « ions » des eaux, car c'est un fait que les eaux ont du goût, et que ce goût est dû aux ions : sodium, potassium, calcium, chlorures, sulfates, nitrates... 

Mieux encore, des eaux très peu minéralisées, c'est-à-dire contenant peu d'ions, ont un goût un peu désagréable, savonneux. Donc les eaux contiennent des ions. 

Et cela a des conséquences en cuisine, comme on s'en aperçoit si l'on fait un nappage de gâteau. Soit donc un gâteau dont on veut rendre la couche supérieure brillante et lisse, à l'aide d'une confiture que l'on détend avec de l'eau. La confiture ayant été chauffée, le gel se sera défait, et il faudra que, au refroidissement, le gel se reforme, sur le dessus du gâteau, mais en faisant une couche plus délicate qu'une confiture, d'où l'ajout d'eau. J'ai déjà rencontré un cas où l'ajout d'une eau très pure, très peu minéralisée, a eu pour conséquence que le gel ne reprenait pas, restait liquide. 

A l'analyse, ce n'était pas une question de concentration en pectines, ces composés qui sont  extraits des fruits lors de la cuisson des fruits avec du sucre, et forment l'échafaudage du gel. La question n’était pas  non plus une concentration insuffisante en sucre, ce qui aurait pu être le cas, car le sucre favorise l'association des pectines, et la formation de l'échafaudage. 

Non, la vraie raison était l'absence d'ions calcium, présents dans beaucoup d'eaux et  qui contribuent également à lier entre elles des molécules de pectines. Le choix  d'utiliser une eau très peu, très peu minéralisée, avec très peu d'ions calcium, était responsable de l'absence de prise en gel. Avec la même confiture de base, la même quantité de sucre, le remplacement de cette eau par une eau plus calcaire a résolu la question. 

 

A ce stade, un schéma général s'impose. Commençons par imaginer que l'on mette des fruits et du sucre dans une casserole, et que l'on chauffe. L'échauffement dégrade les fruits, ce qui signifie que les « sacs » jointifs qui constituent les fruits (ces "sacs" sont les cellules) se détachent les uns des autres, crèvent,  libérant leur contenu (le bon jus) dans la casserole. Cette séparation des cellules résulte en réalité de la dégradation du  « ciment » qui tient les cellules jointives : ce ciment est fait de « piliers » de cellulose et de « cordages » qui lient les piliers. Ces cordages ne sont pas de la corde, mais des molécules de pectines.  Quand on chauffe les fruits dans le sucre, les molécules de pectine se désentortillent des piliers de cellulose et elles vont se répartir dans le liquide : les molécules de pectines restent séparées. Toutefois, quand la confiture refroidit, les molécules de pectine se réassocient, formant un réseau qui piège l'eau : c'est un gel. Les ions calcium contribuent à relier  les molécules de pectine, et donc à raffermir le gel, et, parfois, le gel ne prend pas quand les ions calcium sont en quantités insuffisantes... 

 

Mais à ce stade, le billet devient long, et je propose trois suites, pour examiner les trois facteurs : l'influence de l'acidité, l'influence des ions, l'influence du sucre.

L'eau étant l'ingrédient principal des aliments, il est naturel que la cuisson s'accompagne de son évaporation et cela a des conséquences.

 

Commençons par observer que l'eau fait l'essentiel des aliments : une laitue, c'est 99 % d'eau, une tomate c'est 95 %, une pomme ou une carotte c'est environ 80 %, une viande ou un poisson, c'est 70 %...

Bref les aliments sont surtout faits d'eau, et nous-même, également, étant faits de chair et d'os, comme la viande, sommes essentiellement faits d'eau : environ 70 %, avec 20 % de protéines et 10 % de matière grasse.
Voilà pourquoi, pour entretenir notre organisme, nous avons besoin d'eau, de protéines, de matière grasse et du reste.

Mais revenons à la cuisine. Quand on chauffe un corps, il n'est pas difficile de comprendre que ce corps s'échauffe, pour des raisons que nous ne considérons pas aujourd'hui.
Pensons simplement à une casserole : la température de l'eau est initialement à 20 degrés et nous la chauffons. Nous voyons la température augmenter régulièrement, avec une légère évaporation visible à une fumée légère. Quand la température de l'eau atteint 100 degrés, l'eau se met à bouillir.

Le passage de l'eau liquide à la vapeur d'eau à de quoi étonner : un gramme d'eau liquide se transforme en environ un litre et demi de vapeur !

Et voici pourquoi nos cakes, dans des moules rectangulaires, se fendent à la cuisson, avec une fissure dans le sens de la longueur du moule : l'eau qui s'évapore doit sortir du cake et elle fissure la croûte qui s'est formé.

La croûte ?
C'est de l'eau qui s'est évaporée. Considérons une pâte avec  de l'eau et de la farine :  si l'eau s'évapore, il ne reste donc que la farine et c'est cela qui fait une croûte.
Ce même phénomène s'observe à la surface des frites  : l'eau de la surface est évaporé par la chaleur communiquée par l'huile très chaude, de sorte que l'extérieur de la pomme de terre se met à croûter. Vous faites cuire du boudin, de l'andouillette ? Si vous le mettez à four très chaud, l'eau de la peau va s'évaporer et il restera donc un résidu solide, c'est-à-dire une croûte, croustillante.
Et pour la pâte feuilletée : le croustillant résulte de l'évaporation de l'eau par tous les feuillets.

D'autres cas où l'eau se manifeste ? Le soufflé, par exemple, qui gonfle parce que l'eau qui est présente dans la préparation s'évapore ; et quand elle s'évapore par le fond qui est chauffé, alors la vapeur qui prend beaucoup de volume pousse les couches vers le haut.
Ou encore, quand nous cuisons des crêpes, après que la pâte ce soit solidifier, l'eau évaporée au contact de la poêle ou du bilic pousse la crêpe vers le haut quand elle s'évapore, d'où ses cloques... et une irrégularité de la cuisson, visible à des zones circulaires moins brunes que d'autres.

Quand on fait un poêlage (dans un poêlon), un ragoût, un pot au feu, là, le phénomène est différent : c'est la perte d'odeur par ce que les chimistes nomment entraînement à la vapeur d'eau. Les molécules odorantes sont ainsi évacuées par la vapeur, phénomène  par lequel les industriels de la parfumerie extraient des composés odorants des plantes.


Reprenons maintenant l'ensemble des procédés culinaires.

Il y a les cuissons par contact avec un solide tel les sautés, et là l'eau qui s'évapore au contact de l'instrument de cuisson, le solide, forme une croûte.
Il y a la cuisson par contact avec un liquide chaud qui peut donc être de l'huile ou de l'eau. Pour l'huile,  il y a notamment les friture, qui forme les croûtes. Pour l'eau, nous en avons parlé aussi  : il y  l'entraînement à la vapeur d'eau... si l'on n'a pas mis de couvercle.
Par contact avec un gaz chaud, c'est notamment le rôtissage, et, cette fois, encore c'est l'eau de la surface qui est évaporé e la chaleur communiquée par le gaz chaud.
Il y a cuisson par  des rayonnements infrarouges et c'est par exemple le rôtissage des rôtisseurs :  l'aliment est chauffé par des rayonnements infrarouges et non pas par les gaz  (pensons aux poulets qui rôtissent sur ces rôtissoire verticales des charcutiers dans la rue). Là encore, c'est du croûtage de surface quand l'eau s'évapore.
Enfin il y a les micro-ondes qui sont un peu différentes et cette fois la masse de l'aliment peut coaguler sans que l'eau s'évapore d'autant plus que le procédé est très rapide. Là il y a un phénomène donc différent et les micro-ondes sont notoirement connu pour ne pas former de croûte.

Et voilà l'essentiel des procédés de cuisson : n'oublions pas les transformations de l'eau.

Pourquoi l'eau dans un verre disparaît-elle ?

Des  amis s'interrogent : si on laisse de l'eau dans un verre, dans une pièce à la température de 20 degrés, l'eau s'évaporera-t-elle ? 

Mes amis me rassurent en me disant qu'ils savent que oui, l'eau s'évaporera, mais ils sont confondus par le fait que la température d'ébullition soit de 100 degrés, alors que, dans la pièce, il n'en fait que 20 environ.

Je ne suis donc pas dans je ne suis donc pas fou quand je dis que les notions élémentaires de physique ne sont pas bien fixées ! 

 

D'ailleurs, dans la discussion qui précède mes explications, j'entends de mes amis des mots de trois syllabes... que mes amis ne différencient pas bien   : vaporisation, évaporation, ébullition...

D'ailleurs, dans un autre billet, j'avais également discuté le fait que certains de mes  amis avaient imaginé que les routes sèchent après la pluie était que l'eau parce que l'eau se serait infiltrée dans le sol... ce que j'avais réfuté en expliquant que le bitume est une émulsion et qu'il ne laisse pas passer l'eau.
Raison pour laquelle des torrents s'écoulent sans pouvoir s'infiltrer en cas de grosse pluie. 

 

Finalement, comment expliquer l'ensemble des phénomènes ? 

 

À la réflexion, je crois je crois que, vu l'incompréhension qui résulte des cours de thermodynamique classique, où l'on fait des bilans avec des mots de plus trop trois syllabes et où l'on cherche à faire écrire des formes différentielles... sans y arriver, il vaut bien mieux discuter les phénomènes en termes moléculaires, et d'abord sans calculer. 

L'eau, ce n'est pas "H2O" ;  c'est d'abord une substance matérielle qui  se trouve à l'état liquide dans certaines conditions de température et de pression. D'ailleurs, il y a lieu de s'étonner que l'eau puisse être solide (glace) basse température, liquide aux températures ambiantes, et sous la forme de vapeur à température supérieure. Cela se comprend si l'on se représente les molécules d'eau comme des boules de billard animées de vitesses différentes, dans toutes les directions. 

Pourquoi ces molécules ne quittent-elles pas le liquide pour aller dans l'air ? En réalité, certaines -les plus rapides- le quittent, et cela conduit à la lente évaporation de l'eau à température ambiante.
Il faut imaginer un caillou, une fusée : dans les deux cas, on les lance vers le haut, mais le caillou retombe, car sa vitesse n'est pas suffisante, alors que la fusée, dont la vitesse est supérieure à la vitesse de "libération", parvient à quitter la Terre pour l'espace. 

Pour l'eau, il en va de même : les molécules d'eau les plus lentes sont retenues par les forces d'attraction exercées par les molécules du liquide (ces forces sont notamment les "liaisons hydrogène"), mais certaines molécules plus rapides parviennent à s'échapper. 

C'est d'ailleurs un exercice de physique élémentaire amusant que de que de calculer cette vitesse de libération: il suffit de connaître la notion de travail d'une force, d'une part,  et la notion dénergie cinétique, d'autre part. 

 

Donc oui, dans un bol qui contient de l'eau, il y a des molécules plus ou moins rapides et les molécules les plus rapides, celles qui ont une vitesse supérieure à la vitesse de libération, peuvent quitter le bol pour partir dans l'atmosphère. En revanche, si le bol est fermé, par exemple par un film de cuisine transparent,  alors s'établira un équilibre entre l'eau liquide et l'air qui la surmonte, chargé de vapeur d'eau. D'ailleurs, on voit des gouttes d'eau sous le film  : n'est-ce pas une belle indication que la vapeur d'eau s'est alors recondensée. 

 

A tout cela, il faut ajouter la notion de "pression de vapeur saturante" : sous le film, la pression partielle de vapeur d'eau dépend de la température, augmentant avec la température jusqu'à atteindre pression atmosphérique quand la température atteint la température d'ébullition. 

D'ailleurs, dans une casserole d'eau que l'on chauffe, on voit bien les phénomènes : si on plonge un thermomètre dans l'eau, on voit la température augmenter, puis une fumée bleutée, puis blanche : c'est de la vapeur qui se recondense : la "fumée", ce n'est pas de la vapeur mais des gouttelettes d'eau recondensée, parce que la vapeur avait atteint l'air plus froid. 

Puis on voit des bulles au fond de la casserole, alors que la température n'est pas de 100 °C : ce sont les gaz dissous qui dégazent. 

 

Et l'on atteint la température de 100 °C : là, les bulles qui se forment au fond de la casserole sont des bulles de vapeur, et, ce qui est merveilleusement intéressant, c'est que, malgré l'énergie apportée, la température n'augmente plus. En effet, il faut beaucoup d'énergie pour permettre aux molécules d'eau de quitter l'eau, de vaincre les forces qui les retenaient. Et cette énergie a pour nom la "chaleur latente de vaporisation"

 

Tout cela me fait penser que l'on aurait dû commencer par expliquer avec les mains les phénomènes avant de calculer à l'aide de la thermodynamique classique. Sans quoi nos amis non seulement échouent à décrire les phénomènes mais en plus à les comprendre. Oui, comprenons le monde en termes moléculaires : vive la chimie !

Le blanc d'oeuf

Ici, je veux décrire le blanc d'oeuf.

Nous savons tous qu'il s'agit d'un liquide un peu gluant, épais, jaune tirant vers le vert et, en réalité, structuré :  comme on le voit quand on casse un œuf dans une assiette très plate ; autour du jaune, le blanc se répartit en une couche avec des marches, et d'autant plus de marches d'ailleurs que l'oeuf est plus frais.

Évidemment, s'il y a du liquide en hauteur, en haut des marches, c'est qu'il ne coule pas, et s'il ne coule pas, cela prouve que ce liquide est retenu.
Effectivement, il est en quelque sorte gélifié : le blanc d'oeuf est un gel  très fragile, mais un gel quand même, et les marches sont toutes des gels différents.

Cela dit, ce qui nous intéresse cette fois, c'est la constitution de ce blanc d'oeuf en molécules puisque nous avons vu que les molécules sont l'essentiel de la matière de la cuisine.

Quand on regarde un blanc d'œuf à la loupe, il est donc transparent et légèrement jaune tirant vers le vert d'ailleurs. Mais il paraît homogène.

Il faut encore un microscope extraordinairement puissant pour voir un tableau bien différent : cette fois, on voit les très nombreux objets tous identiques, que l'on a nommé des molécules d'eau, qui bougent en tous sens, se heurtent, rebondissent les uns contre les autres, à des vitesses de plusieurs centaines de mètres par seconde. Mais contrairement à l'eau pure, le "tableau moléculaire" ne s'arrête pas là : il y a aussi, entre les molécules d'eau,  des objets bien plus gros que les molécules d'eau, comme des fils repliés sur eux-mêmes.
Ces objets-là ce sont ce que l'on nomme des molécules de protéines.

Dans le blanc d'oeuf, il y a des molécules de protéines d'environ 300 sortes.
Et au total, la masse des protéines dans un blanc d'oeuf est environ 10 fois plus faible que la masse des molécules d'eau.

Ces molécules de protéines bougent également mais bien plus lentement que les molécules d'eau.

La distillation, c'est une séparation physique, pas de réaction chimique

Au premier ordre, la distillation est une opération de physique et pas de chimie.

J'ai expliqué que les matières alimentaires étaient le plus souvent fait de molécules, très petits objets de différentes sortes  :  molécule d'eau dans l'eau, molécule de triglycérides dans les huiles, molécules de saccharose dans les cristaux de sucre....

La chimie est cette science qui explore les transformations des molécules.
Par exemple, quand on chauffe énergiquement du sucre, alors il se transforme comme chacun sait quand on fait du caramel : on part de cristaux transparents, et l'on obtient une matière brune, avec une saveur moins sucrée, un peu amère, et une belle odeur de caramel.

Lors de cette transformation qu'est la caramélisation, les objets tous identiques qui étaient les molécules de saccharose du sucre sont cassés, et certains morceaux se ré-associent de sorte que finalement on obtient des molécules différentes de celles du saccharose initial.

Il n'y a pas de "molécule de caramel" au sens d'une seule sorte de molécules, mais des molécules de tas de sortes différentes avec des noms qui n'ont pas d'intérêt ici.

Dans d'autres cas, il n'y a pas de réorganisation des molécules  (brisure, morceaux qui se lient, etc.), mais simplement une séparation.

C'est le cas de la distillation.

Partons par exemple de vodka, qui est faite de 60 pour cent d'eau et de 40 pour cent (en volume, mais c'est un détail) d'un alcool que l'on nomme éthanol : avec un super microscope ,on verrait environ 6 molécules d'eau pour 4 molécules d'éthanol.

Et tout cela grouille en tous les sens, car la vodka est liquide à la température ambiante.

Si l'on chauffe cette vodka, alors les molécules d'éthanol partent les premières du liquide, formant une vapeur  (invisible) qui s'élève au-dessus du récipient qui contient la vodka chauffée.
Cette vapeur, à ce stade, est faite quasi exclusivement de molécules d'éthanol. Et, à ce stade, la température, du liquide, comme celle de la vapeur, est alors d'un peu moins de 80 degrés.

Mais quand toutes les molécules d'éthanol sont parties sous la forme de vapeur, il ne reste presque que des molécules d'eau dans le liquide.
Si l'on chauffe alors d'avantage, alors la vapeur qui s'échappera sera constituée de molécules d'eau.

La vodka, c'est donc un mélange de deux sortes de molécules : des molécules d'eau, et des molécules d'éthanol.

Et la distillation consiste à chauffer pour évaporer, puis refroidir les vapeur pour qu'elles se "recondensent", qu'elles forment un liquide.
Et c'est ainsi que le liquide obtenu d'abord, c'est de l'éthanol bien plus concentré, tandis que l'eau reste dans le liquide.

La distillation, qui ne casse pas les molécules, n'est pas une transformation moléculaire, ce n'est pas de la chimie, mais de la physique, comme ces opérations que la filtration, le broyage, la décantation...

Le monde (de la cuisine) est fait de molécules

Puisqu'il y a lieu d'expliquer la chimie commençons par les principales matières que nous rencontrons en cuisine : l'eau, l'huile, le sel, le sucre, la farine, le beurre.

Commençons donc avec l'eau

Pour l'eau, imaginons un verre d'eau devant nous. Nous percevons un liquide incolore et transparent, homogène.
Si nous le regardons avec une loupe, nous continuons à voir ce liquide incolore et transparent, apparemment homogène.
Il faut un microscope extraordinairement puissant pour finalement distinguer que l'homogénéité n'est qu'apparente et que, en réalité, l'eau est faite d'une myriade de petits objets tous identiques, qui bougent en tous sens et très rapidement (plusieurs centaines de mètres par seconde).

Il ne nous sera pas difficile d'accepter de nommer ces objets des "molécules d'eau", n'est-ce pas ?

Je propose ici de ne pas aller plus loin dans la description de ces molécules et de nous contenter de dire que l'eau est en réalité constitué de ces molécules d'eau entre lesquelles il n'y a rien, du vide.
La masse de l'eau, c'est la somme des masses de tous ces petits objets tous identiques.

Et la différence entre l'eau du robinet, ou  l'autre pluie, ou l'eau de mer, et cetera,  cela tient à la présence, parmi ces molécules d'eau, d'autres molécules de nature différente, ce que l'on pourrait nommer en quelque sorte des impuretés si l'on se réfère à l'eau parfaitement pure.
Il faut d'ailleurs ajouter que le mot "impureté" ne doit pas avoir de connotation péjorative, car la neige fondue , qui fait de l'eau très pure, et néfaste pour  notre organisme, et nous avons besoin de la présence de ce que l'on nomme des "ions",  parmi les molécules d'eau.

Mais là , avec le mot "ion",  je sais  que je suis allé trop trop loin, et je propose de passer à la seconde matière que j'avais annoncée,  à savoir l'huile.

L'huile est encore un liquide, également transparent, plutôt jaune... bien que cette couleur soit encore due à des "impuretés" : l'huile parfaitement purifiée serait incolore.  

À nouveau, à l'œil nu, l'huile paraît homogène ;  et, à la loupe, elle le paraîtrait aussi.
Et là encore, il faut un microscope extraordinairement puissant pour voir que l'huile est composée d'une myriade d'objets très semblables (pas parfaitement identiques),  et différents des molécules d'eau.
Nommons-les "molécules de triglycérides".

Avec ces deux exemples,  on voit  on comprend que la matière est souvent faite de molécules, et c'est exact  : nous avons déjà rencontré les molécules d'eau et les molécules de triglycérides.

Passons donc au sucre.

Cette fois, c'est un solide.
Si nous regardons les grains de sucre au microscope, nous voyons que ce sont des solides transparents, avec des faces planes.
Avec un très gros microscope, les grains sont encore homogènes, dans l'intérieur du grain.
Mais  si l'on prend maintenant un microscope extraordinairement puissant, alors, là encore, on s'aperçoit que le sucre est composé d'objets en très grand nombre, tous identiques : nous les  nommerons des molécules de saccharose.

Cette fois, dans le cristal, les molécules de saccharose ne bougent pas ou, plus exactement, elle se contentent de vibrer sur place, car elles sont empilées régulièrement. C'est d'ailleurs cela qui distingue un solide d'un liquide.


Passons maintenant au sel.

Cette fois, nous voyons encore, à la loupe, que le sel est fait de cristaux tous transparents. D'ailleurs pour le sel comme pour le sucre, la couleur blanche d'un tas de sel ou d'un tas de sucre n'est pas due aux grains, qui sont individuellement transparents et incolore, mais résulte de la réflexion de la lumière blanche du jour sur les faces de ces cristaux ; plus il y a le cristaux, plus le tas apparaît blanc, alors même que chaque cristal est transparent.

Pour le sel, si nous utilisions notre super microscope, nous verrions deux types d'objets : ces objets sont des "atomes de chlore" et des "atomes de sodium". Ils sont régulièrement empilés comme des cubes, et c'est leur liaison très forte qui assure la solidité du cristal de sel.

En réalité, ces atomes de chlore et les atomes de sodium, dans un cristal de sel, se sont échangés une petite partie qui est nommée "électron", ce qui a changé leur nom, d'atome en ion.
Mais c'est vraiment secondaire pour notre propos et je propose de rester à l'idée que  les cristaux de sel sont composés de ce qu'on nomme le chlorure de sodium, une entité où l'on imagine groupés un atome de chlore et un atome de sodium.

Avec le beurre, les choses se compliquent un peu.

Oui, le beurre est plus complexe... comme on le pressant quand on chauffe doucement du beurre : dans le beurre que l'on clarifie ainsi en chauffant très doucement et longtemps, on voit deux liquides se séparer, avec un liquide blanchâtre en bas et un liquide transparent et jaune par-dessus.

Le liquide blanchâtre du bas, c'est pratiquement de l'eau, et le liquide transparent et jaune par-dessus, c'est pratiquement de l'huile.
D'ailleurs on dit que le beurre fondu fait huile.

Effectivement, dans la partie inférieure, le super microscope montrerait essentiellement des molécules d'eau, tandis qu'il montrerait des molécules de triglycérides dans le liquide supérieur.
Dans le beurre lui-même, l'organisation de ces molécules est un peu compliquée, et je propose de garder ça pour une autre fois.

Pour passer maintenant à la farine, plus compliquée que le beurre.

La farine s'obtient par mouture de grains de blé, dont on élimine d'abord les enveloppes, ce que l'on nomme les sons.
Il reste, quand on moud la farine, une poudre blanche, d'autant plus blanche d'ailleurs que l'on s'est plus approché du cœur du grain.

Cette fois, une expérience encore nous permet de voir que la farine n'est pas une matière homogène : cette expérience fut faite  pour la première fois au 18e siècle, par des chimistes, et elle a pour nom  "lixiviation" :  
- on part de farine,
- on ajoute un peu d'eau,
- on travaille beaucoup pour faire une pâte qui devient de plus en plus dure à mesure que l'on travaille,
- puis on met cette pâte dans une grande bassine d'eau claire
- et on la malaxe doucement : en sort une poudre blanche que l'on a nommé l'amidon, et il reste entre les doigts une sorte de chewing-gum jaunâtre que l'on a nommé le gluten.

Je me hâte de dire que ni l'amidon ni le gluten ne sont chacun composés de molécules toute identiques, et l'on pourrait continuer à fractionner comme on vient de le faire, pour séparer l'amidon en plusieurs types de molécules dites de polysaccharide ; de même, le gluten en plusieurs sortes de protéines.

Mais on retrouve encore notre même idée la farine est faite de molécules,  certes de plus de variétés que dans l'eau ou dans l'huile, mais quand même, des molécules.

Et c'est ainsi que  le monde matériel de la cuisine est essentiellement fait de molécules.
Dans la farine, nous sommes sur la piste d'une complexité croissante qui augmenterait encore par exemple avec les viandes, les poissons, les fruits ou les légumes... mais ce sera pour une autre fois.

L'épaississement de la farine chauffée dans l'eau

 L'épaississement de la farine chauffée dans l'eau ? Dans nombre de préparations culinaires telles que velouté, sauce pâtissière, etc., on chauffe de la farine dans de l'eau, et l'on obtient un épaississement, en même temps qu'une opacification. Pouquoi ?
La farine, comme les fécules, est principalement composée de grains d'amidon : de petits grains qui paraissent blancs, mais sont en réalité transparents, la blancheur résultant de réflexion de la lumière généralement blanche à leur surface.
Ces grains sont des couches concentriques, tels des cernes arbres, et chaque couche est composée de molécules de deux types : des molécules d'amylose, et des molécules d'amylopectine. Toutes sont des "polymères", à savoir des enchainements de motifs élémentaires, et, plus précisément, ce sont des "polysaccharides" : les motifs élémentaires sont des résidus de sucres, et principalement des résidus de glucose. La différence essentielle entre les molécules d'amylose (il y en a plusieurs sortes, mais elles sont très semblables) et les molécules d'amylopectine (il y en a également diverses sortes), c'est que les molécules d'amylose sont linéaires, comme des chaînes, tandis que les molécules d'amylopectine sont ramifiées, comme des arbres.
Quand un grain d'amidon se trouve dans l'eau chaude, le mouvement d'agitation des molécules d'eau permet de venir déloger les molécules d'amylose de la surface du grain  : ces molécules d'amylose "fuient" vers la solution, tandis que des molécules d'eau s'infiltrent entre les molécules d'amylopectine, et se lient d'ailleurs à elles. Cette entrée de l'eau fait gonfler le grain, et les forces (on parle de "liaisons hydrogène") entre les molécules d'eau et les molécules d'amylopectine maintiennent le grain gonflé... un certain temps : quand on chauffe trop longtemps, la structure gonflée se défait, surtout quand on agite la solution (mixeur). Et c'est ainsi que les sauce épaissie qui sont cuites trop longtemps finissent par se refluidifier.

 

Je reçois cette question d’un professionnel:

 

L’eau a une température d’évaporation saturante, mais à toute température ?  Si l’on congèle un produit, est-ce que l’eau va s’évaporer de celui-ci même à -40°C par exemple.

 

 

Et je réponds ici :  https://scilogs.fr/vivelaconnaissance/vous-avez-dit-pression-de-vapeur-saturante/

Au commencement, il y a l'eau

Il faut commencer par le commencement. Et le commencement, c'est sans doute l'eau.

On sait que l'eau est un liquide incolore, inodore, insipide et transparent, dans les conditions ambiantes, mais on sait aussi que l'eau peut devenir solide quand on la refroidit, et qu'elle s'évapore quand on la chauffe.

A cette dernière addition, il faut apporter une précision à savoir que l'évaporation a lieu à toute température, mais c'est plus précisément l'ébullition qui a lieu à 100 degrés.

Comment s'assurer que l'eau s'évapore à toute température ? Laissons un peu d'eau dans un récipient, en cuisine : après quelques jours, il n'y a plus rien ; ou encore regardons le sol après la pluie et nous verrons que, même sur de la pierre ou du bitume, l'eau disparaît progressivement, alors qu'elle ne s'est certainement pas infiltré.  

Pourquoi tous ces comportements ?

Parce que l'eau est composée de minuscules objets tous identiques, que l'on nomme des molécules, et plus particulièrement des molécules d'eau. On peut se les représenter comme des billes qui collet un peu entre elles, et dont la vitesse dépend de la température : plus l'eau est chaude, plus les molécules d'eau sont rapides.

Et quand elles sont très rapides, les forces qui les "collent" ne suffisent plus à les retenir : les molécules d'eau partent dans l'air.

Dans la série des expériences que montrent très pertinemment les musées scientifiques, il y a celle de la surfusion de l'eau.

Considérons de l'eau liquide,  à la température ambiante.
Si nous la refroidissons, vient un moment, à zéro degré, ou l'on voit l'eau se solidifier, former de la glace.
Inversement, si nous chauffons de la glace que nous sortons d'un congélateur  à la température de -20 degrés (par exemple), elle reste solide tant qu'on n'a pas atteint  zéro degré... et elle fond alors, se transformant en eau liquide à cette température particulière, qui est la température de fusion.

Mais si nous faisons la première expérience, celle du refroidissement, dans des conditions parfaitement contrôlées, avec de l'eau parfaitement pure, en dehors de toute poussière, sans vibration, alors on observe parfois un phénomène différent de "surfusion" : quand on refroidit l'eau, on parvient à la garder liquide même à des températures inférieures à 0 degré. Cette eau est alors surfondue, et l'expérience est amusante qui consiste à mettre dans l'eau une poussière, un petit cristal de glace, etc.  :  immédiatement l'ensemble prend en masse, se solidifie.

On peut évidemment faire l'expérience avec d'autres composés que l'eau, et l'on trouvera ici fait des liens vers ces très belles expériences, que je recommande à tous mes amis :

https://www.youtube.com/watch?v=e5huXWeTOe8

https://www.youtube.com/watch?v=LiPvvPJpULE

Monter une mayonnaise

Quand on fait de la mayonnaise, on part de jaune d'œuf, de vinaigre, sel, poivre,  et l'on ajoute de l'huile en fouettant.
Je ne reviens pas sur le fait que l'utilisation de moutarde conduit à la confection d'une rémoulade et non plus d'une mayonnaise, car je veux arriver au fait : monter une mayonnaise provoque-t-il une augmentation de volume ?

La réponse et oui, puisque, parti d'un petit volume d'oeuf et de vinaigre, on ajoute de l'huile. Le vague espoir de mauvaise foi de certains cuisiniers est que l'on ajouterait également de l'air, et qu'une mayonnaise bien monté serait foisonnée, c'est-à-dire pas aussi grasse que nos bourrelets ne le supportent.

Désolé :  l'observation au microscope est absolument sans appel. Non, il n'y a pas de bulles d'air dans les mayonnaise, mais seulement des gouttelettes d'huile tassées les unes contre les autres dans la phase aqueuse faite du mélange de jaune d' œuf et de vinaigre. 

On ne dira jamais assez qu'une mayonnaise c'est de l'huile, d'abord de l'huile, encore de l'huile. De l'huile déguisée en sauce ! D'ailleurs, si la mayonnaise retombe, alors on voit bien l'huile  surnager, et personne ne mangerait cela !  C'est seulement parce que l'huile a été incorporée  sous forme d'une sauce onctueuse que l'on se permet de manger de la mayonnaise,  mais c'est quand même de l'huile, et pas de l'air.

Pour conclure, monter une mayonnaise, c'est augmenter son volume en dispersion de l'huile dans une phase aqueuse et le fort volume que l'on obtient est un volume d'huile, essentiellement. Un peu d'eau, pas d'air. De l'huile, de l'huile !

Des exagérations des auteurs de livres de cuisine ?

Lors de notre dernier séminaire de gastronomie moléculaire, nous avons testé une recette de sauce hollandaise  : l'auteur  préconise de mettre dans une casserole du beurre, des jaunes d'oeufs, un peu d'eau, du jus de citron et de fouetter en chauffant.

Surtout, cette recette indique que la préparation va doubler de volume.  mais en réalité si les

Pourquoi pas ? Mais à tester cette idée, on s'aperçoi que si les ingrédients sont bien donnés, le procédé manque cruellement de précision, car il est dit seulement de "chauffer à feu doux pendant 10 minutes".

A feu doux ? Doux, combient ? Personne ne le sait, et l'on est réduit à inventer en fonction des expériences du passé.

Au fond, c'est que l'on doit obtenir d'abord, c'est que le beurre fonde, que le fouet introduise des bulles d'air et que la coagulation de l'oeuf se fasse, pour donner de la consistance à la sauce.

J'insiste un peu : oui, il faut bien que le fouet puisse introduire des bulles d'air pour faire gonfler la préparation, car il n'y a pas de miracle : si la  préparation doit gonfler - ce qui n'est pas encore avéré- , alors c'est qu'on aura mis de quoi la faire gonfler c'est-à-dire de l'air.

Bref, lors de notre dernier séminaire, nous avons donc fait l'expérience du mieux que nous pouvions en contrôlant les températures et nous avons comparé le volume avant et après cuisson. L'augmentation à été d'environ 50 millilitres par rapport un volume initial de 250 millilitres,  ce qui est loin du doublement annoncé !

Certes, la sauce hollandaise était belle, un peu foisonnée, très agréable à consommer mais n'était-ce par décevant ? On avait le sentiment qu'une sauce foisonnée davantage aurait été meilleure.

Et là, je propose de ne pas oublier le beurre chantilly, que j'ai inventé il y a longtemps et qui consiste à émulsionner du beurre dans l'eau, puis à fouetter l'émulsion en la refroidissant : on obtient alors une consistance analogue à celle d'une crème chantilly, c'est-à-dire considérablement foisonnée.

De sorte que si l'on ajoute de l'oeuf, puis que l'on chauffe, notamment au four à micro-ondes, alors on peut coaguler l'ensemble, de sorte que le système foisonné soit stabilisé.

Bien sûr il reste la possibilité que quelqu'un observe ce gonflement que nous n'avons pas obtenu, en changeant les paramètres de la recette, mais j'aimerais alors qu'il nous dise bien comment il a fait... à part ajouter plus d'eau.

Les ions minéraux et l'organisme

 
Oui, je me suis publiquement engagé à ne parler ni de toxicologie ni de nutrition, mais des amis me demandent si l'on peut boire de la neige fondue... et la réponse est non.
Mais comme je me suis engagé, je me limite à donner ici un "abstract" d'un livre scientifique sur ce thème, et à en livrer ensuite la traduction en français :

D'abord, ce qui a été publié par  Rosborg et al., Drinking Water Minerals and Mineral Balance pp 1-24 :
 

Minerals and drinking water play an important role in the body. There are around 20 essential minerals for humans. Their origin is mostly the bedrock, and they can all be present to high or low concentrations in ground as well as surface water. Normal weight adults need 2.0–2.5 L/day of water for proper hydration, and it is known for centuries that water can be a source of minerals, where they are present as ions, in general readily absorbable. In the eighteenth and nineteenth century well off people in Europe went to health resorts to drink specific mineral waters containing sufficient levels of one or more essential minerals, water chosen for a specific health disorders. On the other hand, case histories from alpine climbing or polar expeditions which used melted snow as the only source of drinking water, with no minerals at all in it, appeared in scientific literature in mid twentieth century. The symptoms were derived from acute water and mineral imbalance and water intoxication, and include weakness, fatigue, convulsions, unconsciousness, and even death. Such water is comparable to RO (Reverse Osmosis) treated, desalinated water of today. Low levels of specific mineral elements have been proven to cause some diseases and symptoms. Thus, districts of Norway had high frequencies of softening of bone tissue among domestic animals (later identified as P deficient soils and water), and parts of China had increased levels of heart failure (low Se in soils and water). Dental remains of Native Americans from parts of Kentucky indicate Mn and Zn deficient soils and water, as cultivated maize had extremely low levels. During the twentieth century, hard water, with elevated levels of especially Ca, Mg and HCO3, presently with focus on Mg, is proven protective against diseases, especially cardiovascular diseases, but also diabetes, osteoporosis and even cancer.

Et en voici la traduction :

Les minéraux et l'eau potable jouent un rôle important dans l'organisme. Il existe environ 20 ions minéraux essentiels pour l'espèce humaine. Ils proviennent principalement des roches terrestres et peuvent tous être présents à des concentrations élevées ou faibles dans les eaux souterraines et de surface. Les adultes de poids normal ont besoin de 2,0 à 2,5 L/jour d'eau pour s'hydrater correctement, et l'on sait depuis des siècles que l'eau peut être une source de minéraux, où ils sont présents sous forme d'ions, en général facilement absorbables. Aux XVIIIe et XIXe siècles, les Européens aisés en Europe se rendaient dans des stations thermales pour boire des eaux minérales spécifiques, contenant des niveaux suffisants d'un ou plusieurs minéraux essentiels, choisie pour des troubles de santé spécifique. D'autre part, des troubles ont été signalés  au milieu du XXe siècle chez des alpinistes ou des membres d'expéditions polaires dont la neige fondue était la seule source d'eau potable, sans aucun minéral. Les symptômes étaient dus à un déséquilibre aigu de l'eau et des minéraux et à un déséquilibre ionique de l'eau ; il s'agissait de  faiblesse,  fatigue,  convulsions, inconscience, et même la mort. Cette eau est comparable à l'eau traitée par osmose inverse (RO) et dessalée d'aujourd'hui. Il a été prouvé que de faibles niveaux d'éléments minéraux spécifiques sont à l'origine de certaines maladies et symptômes. Ainsi, dans certains districts de Norvège, les animaux domestiques présentaient des fréquences élevées de ramollissement du tissu osseux (on a identifié que les sols et les eaux étaient déficients en phosphore), et, dans certaines régions de Chine, l'incidence augmentée des insuffisances cardiaques était  due à de faibles teneurs en sélénium dans les sols et  dans les eaux. Les restes dentaires d'Amérindiens de certaines régions du Kentucky révèlent des déficiences en manganèse et en zinc, dans les sols, les eaux, le maïs cultivé. Au cours du XXe siècle, l'eau dure, avec des niveaux élevés de calcium, magnésium et hydrogénocarbonate (un effort est fait aujourd'hui pour le magnésium) s'est avérée protectrice contre les maladies, en particulier les maladies cardiovasculaires, mais aussi le diabète, l'ostéoporose et même le cancer.

Voilà : ne buvons pas trop de neige fondue !

Décomposition et synthèse de l'eau : des exemples de réactions

 Rubrique :  science/politique/études/cuisine

1. La dissociation de l'eau et la synthèse de l'eau ?  Cela s'apparente à l'expérience effectuée avec la lumière par  le physicien anglais Isaac Newton (oui, l'homme qui a compris que le Soleil attirait la Terre par une force qui diminue en proportion du carré de la distance entre les deux astres, qui a interprété la "gravitation"), au 17e siècle : ce dernier a en effet décomposé la lumière blanche à l'aide d'un prisme, produisant toutes les couleurs de l'arc-en-ciel ; puis il a recomposé de la lumière blanche avec les lumières colorées qui avaient été séparées.

2. L'expérience est vraiment merveilleuse et les enfants devraient tous être conduits un jour à jouer avec des prismes : ce n'est pas difficile à produire, puisque il suffit de tailler un bout le plastique ou, si l'on veut mieux, de verre. Quand on met le prisme devant un faisceau de lumière blanche, on voit ce faisceau s'étaler avec toutes les couleurs de l'arc-en-ciel qui partent dans des directions différentes.

3. On dit que Newton s'enferma dans sa chambre après avoir obturé les fenêtres avec des rideaux, ne laissant qu'un trou dans ces derniers devant lequel il mit le prisme pour faire ses expériences. Puis, ayant séparé la lumière blanche en ses diverses composantes colorées, il chercha à séparer chacune de ces composantes sans y parvenir : en quelque sorte, chaque composante colorée était donc "élémentaire".

4. En 1776, les chimistes français Macquer et Sigaud de Lafond montrèrent que l'on pouvait synthétiser de l'eau à partir du gaz dihydrogène que l'on fait brûler dans l'air, mais il fallut les travaux de Lavoisier pour que l'on refasse comme Newton, mais pour de l'eau : on peut décomposer l'eau en deux gaz, dihydrogène et dioxygène, puis recomposer ces deux gaz en eau.

5. Aujourd'hui, un enfant peut faire cela. Pour la décomposition, branchons deux fils conducteurs aux bornes d'une pile, et plaçons ces fils dans de l'eau (on peut ajouter un peu de sel pour que l'expérience aille mieux). On voit apparaître des petites bulles sur les. Captons ces gaz, à l'aide de tube retournés, empli d'eau, placés au dessus de chaque fil. Progressivement, le volume de gaz augmente dans chaque tube. Si l'on met une allumette seulement incandescente dans le tube qui contient le dihydrogène, elle se rallume vivement. Et si l'on approche une allumette du tube qui contient le dihydrogène, ce dernier brûle.

6. Enfin, si l'on mélange les deux gaz, et que l'on approche une allumette,  on a une explosion et la paroi du tube se couvre de buée  : on a synthétisé de l'eau.

7. Ces expériences montrent que l'eau n'est pas "élémentaire" : on peut la séparer en des éléments plus simples.

Il faut rendre à César... et plus

Je m'aperçois que j'ai diffusé cette image  :

Il aurait fallu que j'ajoute que c'est tiré d'une vidéo excellente, que l'on trouve sur :
https://www.youtube.com/watch?v=x8Atqz5YvzQ
 Et désolé, je ne peux citer nommément l'auteur, puisqu'il n'apparaît pas.

Mais si vous voulez voir des molécules d'eau bouger, pourquoi pas celui-ci, aussi :
https://www.youtube.com/watch?v=Zl74NCVbA5A

On est bien d'accord : dans l'eau liquide, il y a des molécules d'eau (les objets rouges et blancs... mais entre lesquels il n'y a rien (pas d'air, mais du vide) !
Les "liaisons hydrogène" sont des attractions à distance, sans matérialité, comme quand des aimants agissent les uns sur les autres.

Et dans l'eau liquide, la distance entre deux molécules d'eau est d'environ trois diamètres moléculaires, alors qu'elle serait de l'ordre de 100 diamètres moléculaires dans la vapeur à la pression ambiante.

L'ébullition

Parmi les changements d'état, il y a le passage de l'état liquide à l'état gazeux, qui a pour nom "évaporation". Et c'est ainsi que l'eau s'évapore à toute température, par exemple.

Cette évaporation diffère de l'ébullition, transition qui, elle, s'effectue à la température fixe  de 100 degrés.

 
Mais rien ne vaut l'expérience qui consister à chauffer de l'eau après y avoir mis un thermomètre.

On rappelle que l'eau est un composé pur, ce qui signifie qu'elle est fait d'une myriade d'objets tous identiques, qui sont des "molécules d'eau".

L'eau n'est pas "une molécule", comme certains le disent certains de façon erronée, mais c'est un composé fait d'un nombre immense de molécules. Et c'est parce que ces molécules sont identiques que l'eau est ce que l'on nomme un composé, ou espèce chimique.
Je parle bien sûr de l'eau pure, et non pas de l'eau du robinet, qui doit son goût à de nombreux "ions" et autres molécules, qui y sont dissous.

Soit donc une casserole d'eau que l'on chauffe, un thermomètre plongé dedans. On voit la température de l'eau passer lentement de 20 degrés à 21 degrés, à 22 degrés, à 23 degrés, etc.

Vers 50 degrés, on commence à voir une fumée bleutée : l'eau commence à s'évaporer notablement, et la vapeur se recondense en microscopiques gouttes de liquide, en arrivant dans l'air plus froid.

Et, finalement, on atteint des températures plus élevées :  70, 80, 90, 91, 92,  93... Et, dans les conditions habituelles, on ne dépasse pas 100 degrés : on a beau pousser le feu, l'ébullition se fait plus tumultueuse mais la température est toujours de 100 degrés, preuve qu'il faut beaucoup d'énergie pour arriver à évaporer l'eau.

En terme microscopiques, cela signifie que l'on a agité les molécules d'eau au point qu'elle puissent se détacher les unes des autres. Et il faut beaucoup d'énergie, car elles "collent" énergiquement.

Voilà pour l'ébullition. Et cette dernière engendre donc de la vapeur, à savoir un gaz, c'est-à-dire un ensemble de molécules d'eau assez éloignées les unes des autres. La vapeur est incolore, invisible... mais quand les molécules d'eau évaporées arrivent  dans l'air,  plus froid, elles n'ont plus assez d'énergie pour rester en phase liquide, et elles forment de petites gouttelettes,  qui sont la raison pour laquelle on voit cette fumée blanche au-dessus des casseroles.
J'insiste : ce que l'on voit, ce n'est pas la vapeur, mais des gouttes d'eau, comme dans les nuages.

Tiens, pour terminer, ajoutons quand même que, dans toute cette affaire, il n'y a pas de réarrangement d'atomes  : les molécules d'eau dans l'eau liquide sont les mêmes qu'en phase vapeur. Et il n'y aura pas d'usure à répéter évaporation et condensation, autant de fois que l'on voudra.

Même pour une simple omelette

Même pour une simple omelette je m'aperçois qu'il y a lieu de  donner des explications.
Oui, depuis quelques semaines, je me suis mis à expliquer les transformations qui surviennent lors de la préparation des certains plats compliqués : cassoulet, soufflé, etc. Mais c'est souvent bien compliqué, et des amis me demandent des explications pour des choses bien plus simples, en quelque sorte : les omelettes.
D'ailleurs, je m'aperçois que je suis tombé dans un travers d'analyse insuffisante : j'ai privilégié des recettes "intéressantes" à des recettes utiles (à mes amis).

Pour une omelette, donc,  il s'agit de battre de l'oeuf, et de chauffer l'oeuf battu. Là,  les informations de base sont les suivantes : le blanc d'oeuf est fait de 90 pour cent d'eau et de 10 pour cent de protéines, tandis que le jaune est fait de 50 pour cent d'eau, de 15 pour cent de protéines et 35 pour cent de lipides (disons de "graisse"). Au total, il y a donc beaucoup d'eau avec des protéines, et un peu de graisse.
La graisse  n'étant pas soluble dans l'eau, elle est nécessairement dispersée sous la forme de gouttelettes. Et elle n'intervient pas notablement lors  de la cuisson.
On peut donc ne considérer que le chauffage de l'eau et des protéines, comme si la graisse n'était pas présente  : elle ne changera que la consistance plus ou moins crémeuse, en fin de cuisson.

De l'eau et les protéines  ?  Il faut imaginer un ensemble de billes pour représenter les molécules d'eau au milieu desquelles flottent des pelote de laine, pour représenter les protéines.


Quand on chauffe tout cela, les molécules s'agitent de plus en plus vite, et les pelotes se déroulent. Mais la différence entre des pelotes de laine et des protéines, c'est que les protéines déroulées s'attachent et  forment une espèce de toile d'araignée dans toutes les directions, emprisonnant les molécules d'eau. C'est cela qu'il faut apprendre à voir, quand on regarde une omelette  : un filet souple qui emprisonne les molécules d'eau.

Évidemment, si l'on agite l'omelette (avec une fourchette, on peut casser  localement le filet, ce que l'on nomme un réseau : on forme alors des morceaux d'omelette. Et si l'on agite bien plus vigoureusement, on peut aller jusqu'à l'oeuf brouillés.
Mais en tout cas, voilà la description générale du phénomène.

A propos de boissons gazeuses

On m'interroge à propos de boissons gazeuses, effervescentes, et je donne ici les explications demandées.

La question initiale portait sur l'eau pétillante, qui, comme chacun  sait, n'est pas effervescente quand la bouteille est fermée, mais où des bulles de gaz apparaissent quand on ouvre la bouteille qu'on verse de l'eau dans un verre.

Pourquoi ?

Commençons par examiner un verre d'eau, un liquide donc transparent.

 Si l'on regarde à la loupe on ne voit encore qu'un liquide de transparent, mais si l'on prenait une espèce d'hyper-microscope extraordinairement grossissant, alors on verrait des objets tous identiques qui  bougent en tous sens  : on les a nommés des molécules d'eau.
Et entre les molécules ? Rien,  du vide.

Au-dessus du verre ? Là, si l'on regarde à des distances de l'ordre de celles qui séparent les molécules d'eau, on voit également du vide mais si l'on prend une perspective plus large, alors on peut voir d'autres objets se déplacer, cette fois plutôt en ligne droite,  jusqu'à ce qu'ils heurtent quelque chose. Ces objets-là n'ont pas la même constitution que les molécules d'eau et, pour ce qui concerne l'air, on voit principalement des molécules de deux sortes : des sortes d'haltères nommées molécules de diazote et d'autres sortes d'haltères nommées molécules de dioxygène. Dans les molécules de diazote, il y a deux atomes d'azote attaché entre eux, et pour les molécules de dioxygène, il y a deux atomes d'oxygène. Tout simple non ?

Quand il y a de l'air au-dessus de l'eau, les molécules de diazote et de dioxygène vont toutes les directions, mais certaines vont en direction de l'eau, et quand elles atteignent les molécules d'eau, certaines s'immiscent entre elles  : on dit qu'il y a du diazote ou du dioxygène dissout dans l'eau.
Cette dénomination  est légitime, car  le phénomène est tout à fait analogue à celui que l'on aurait si l'on ajoutait un cristal de sucre, formé d'un empilement régulier de molécule de saccharose, dans de l'eau : les molécule de saccharose se disperseraient  entre les molécules d'eau, et l'on obtiendrait du saccharose dissout dans l'eau.
Pour en revenir à l'eau et l'air, il y a un équilibre qui s'établit  :  si on met de l'eau à l'air libre, les molécules d'eau vont finir par s'évaporer et, au bout de quelques jours, il n'y aura plus d'eau dans le verre, pas plus qu'il n'y a d'eau sur la route quelques heures après la pluie, surtout s'il y a du vent. Mais si l'on enferme de l'eau avec de l'air dans une bouteille, alors il y aura des molécules d'eau qui iront dans l'air, faisant une certaine humidité, tout comme il y aura des molécules d'air qui iront dans l'eau s'y dissoudre. 

Supposons maintenant que l'on presse l'air au-dessus de l'eau  :  alors on augmente la densité de molécule de diazote et dioxygène de l'air et l'on peut dissoudre davantage de ces molécules dans l'eau. Mais si l'on supprime rapidement la pression de l'air, alors ces molécules en surnombre, qui se sont dissoutes dans l'eau, vont en sortir, et  c'est là qu'elles feront des bulles d'air, ces bulles qui font l'effervescence de nos boissons gazeuses.