Que se passe-t-il quand... Coup de buée

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Thierry
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Je ne sais si j'en ferais d'autres, mais voila le premier d'une série
"Que se passe-t-il quand..."
Un genre de mix de Hervé This et de "C'est pas Sorcier" pour expliquer rationnellement ce qui se passe au niveau physique (ou parfois chimique) quand vous réalisez une action de boulange...

Que se passe-t-il quand je jette de l'eau dans la lèchefrite ?

NB : ça va nous amener très loin tout ça, voir trop loin ! pour comprendre quelques notions, on ne peut pas en faire l'impasse, et les exemples donnés flirtent avec la physique, la chimie, la météo... bref :

Prérequis ... un peu de physique
(si vous êtes allergique, sautez aux conclusions mais ne discutez pas de leur bien fondé à moins de vouloir remettre en cause les loi universelles de la physique... à vous le prix Nobel ! ;) )

Conditions Standards
definition: ici on appellera "conditions standards" au niveau moyen de la mer, à 15°C, sous une pression atmosphérique de 1013.25 hPa

La vapeur d'eau
La vapeur d'eau est l'état gazeux de l'eau liquide, comme la glace est son état solide : toute matière passe par ces trois phases:
Le fer par exemple passe à l'état liquide à 1735°C et à l'état gazeux à 2750°C
Pour l'eau, vous connaissez tous les températures de fusion et de solidification puisqu'elles ont servi à créer l'échelle centigrade : l'eau gèle à 0°C et se vaporise à 100°C, par définition (en conditions standards)

Echanges d'énergie
Selon certaines températures de transition, chaque passage d'une phase à l'autre absorbe ou émet de l'énergie dans le sens suivant :
solide => liquide => gazeux absorbe de l'énergie
gazeux => liquide => solide émet de l'énergie

Etat d'équilibre
Pour établir une échelle, comme l'échelle Centigrade, il suffit de diviser en 100 parties le niveau d'un thermomètre entre 0°C et 100°C, mais comment avoir de l'eau exactement à 0°C ou à 100°C ?
0°C : en prenant un mélange de glace et d'eau, le mélange reste à 0°C tant que toute la glace n'a pas fondue (en absorbant de l'énergie) ou que toute l'eau n'a pas gelé (en émettant de l'énergie), en effet, les échanges d'énergie ne modifieront pas la température du mélange ! pour que cela se réalise, il faut que l'élément soit dans un seul état : vous pouvez donc refroidir de la glace, vous pouvez aussi réchauffer de la vapeur d'eau, mais vous ne pouvez pas (en conditions standards, stables) avoir de l'eau à moins de 0°C ou à plus de 100°C ! (on simplifie pour ne pas entrer dans les notions de surfusion, etc. qui sont des états instables).
100°C : De même, un mélange vapeur d'eau et eau reste à 100°C : de l'eau qui bout est ce mélange, de l'eau qui bout ne peut pas avoir une autre température que 100°C (toujours en conditions standard).
C'est pratique pour protéger une cave du gel : vous remplissez une grande bassine d'eau et quand la température va atteindre 0°C, elle va commencer à geler et dans le même temps, émettre de l'énergie, rechauffant donc la pièce et l'empêchant de geler et ceci tant que toute l'eau de la bassine ne sera pas gelée !!!
(il en serait de même de vos bouteilles d'eau, mais absolument pas de toute solution, solide ou liquide, qui a une température de solidification plus basse : tout sauf l'eau pure sera à l'abri du gel !)

Saturation

Oui sauf que... il existe une autre notion qui est la saturation dans l'air: à certaines températures, tout élément possède une pression de saturation, l'air sec n'existe pas ! pour qu'il existe, il faudrait qu'il n'y ai pas une seule trace d'eau sur terre, l'air contient donc de l'eau sous forme gazeuse, même au Sahara en été dans les zones les plus arides. De même il existe des vapeur de fer, même si cela est très ténu.
Pour l'eau ce n'est pas ténu du tout : on appelle 0 l'abscence totale de vapeur et 100 la valeur à partir de laquelle l'eau se condense et passe de l'état gazeux à l'état liquide, ces valeurs représente la pression de saturation ou taux d'humidité dans le langage courant et qui dépend donc... de la pression, mais aussi de la température de l'air : plus il est chaud, plus il peut absorber de vapeur d'eau dans un même volume ! Ceci explique que lorsque vous refroidissez de l'air, il va y avoir un moment ou la vapeur d'eau qu'il contient condense :
- à la surface de la bouteille que vous venez de sortir du frigo
- à une certaine altitude quand pression et température diminuent : l'eau condense en fines goutelettes : les nuages

Gaz
Il faut absolument comprendre ici qu'un gaz est transparent ! sinon ce ne serait pas un gaz ! chaque molécule le composant est libre et séparée des autres, dans un liquide, les molécules sont collées les unes aux autres, mais glissent l'une sur l'autre, dans un solide, elles s'assemblent en cristaux selon des schémas divers (en cube par exemple), cela vient des forces de répulsions qui augmentent avec la température (mouvement browniens compris) et des forces d'attraction qui tend à les rapprocher (forces inter moléculaires), donc à certaines températures, elles se mettent toutes à oublier leur schema cristalin et se mettent à glisser les unes sur les autres (fusion), ou elles s'agitent tellement qu'elles ne peuvent plus du tout se rapprocher l'une de l'autre (évaporation) et vice versa.
En plus d'être transparente, la vapeur d'eau est incolore !

Vapeur
Donc un nuage ce n'est pas de la vapeur d'eau, mais de l'eau liquide ou de l'eau solide (les nuages d'altitude), de même la "vapeur" (langage courant) qui s'échappe de la casserole n'est pas de la vapeur d'eau : puisque vous la voyez, c'est de l'eau liquide, qui a condensé au contact de l'air froid sous forme de fines goutelettes, puis s'évapore un peu plus loin pour augmenter l'humidité de l'air ambiant (son taux d'humidité augmente, passant par exemple de 60 à 80 dans la cuisine...

Dans le Sahara, au plus sec vous ne descendrez jamais sous 4 (en plein soleil en été dans l'endroit le plus sec...) c'est très rare), on se trouve généralement entre ... 20 et 40 !!! ce qui est déjà très sec jusqu'à atteindre 60 et plus dans le Sahara septentrional. Il n'ya pas de nuages, parcequ'en refroidissant avec l'altitude jusqu'a la couche d'inversion (de température, si elle n'existe pas, il va se créer des nuages qui peuvent... soit s'en aller poussés par le vent ou enfin faire tomber quelques gouttes d'eau dans le désert...) la saturation n'est jamais atteinte.
donc la nuit est claire, la terre se refroidit par rayonnement, donc la température descend vite puisqu'on n'a pas la couverture nuageuse (de l'eau !) qui absorbe la totalité de ce rayonnement et en réemet une partie tout en réalisant un effet de couverture à basse altitude) il fait froid...

Condensation
Il fait froid et donc l'humidité relative augmente jusqu'à atteindre 100% : le point de rosée, eh oui, au sahara, ça condense et c'est une bonne méthode avec des sacs en plastique et un minimum de bricolage pour faire des plans inclinés et un entonnoir pour recueillir de l'eau ! dans la foulée, observons que le désert sans vie n'existe pas, il ya toujours quelques bestioles, une micro plante et toujours des microorganismes : la nuit est leur réveil...

Donc on résume: la vapeur d'eau est invisible ! si on voit un brouillard, c'est de l'eau en micro gouttelettes !

et puis d'abord ... c'est bien gentil tout ça mais...

Que se passe-t-il quand je jette de l'eau dans la lèchefrite ?


1- Le four ayant été préchauffé, la lèchefrite en a pris la température, cette plaque en tole est donc largement au délà de 100°C température d'ébullition de l'eau
2- Au moment même ou vous ouvrez la porte du four, la température de l'air contenu dans son enceinte refroidit brusquement par appel d'air
3- Vous jetez alors de l'eau dans la lèchefrite : au contact de celle-ci, elle se met immédiatement à bouillir, c'est à dire qu'on va avoir immédiatement un passage de la phase liquide à la phase gazeuse, mais au contact seulement de la plaque ! des bulles de gaz : non pas de l'air, mais de la vapeur d'eau, celle ci en crevant la surface se retrouve au contact de l'air qui a refroidit et immédiatement recondense en microgoutelettes !
4- Ces micro goutellettes s'évaporent car la température de l'enceinte du four, que vous avez refermé, augmente, permettant une humidité supérieure
5- dans la lèchefrite, un équilibre s'établit, l'eau va maintenant arriver à 100°C, mais comme la chaleur arrive de partout, et que l'air au dessus est en saturation, elle va cesser de bouillir parce qu’il n' y aura juste qu'une évaporation en surface qui va refroidir très très légèrement l'eau, (rappelez vous : le passage liquide solide absorbe de l'énergie) pour compenser les fuites (de l'air saturé sort, de l'air frais entre, et donc il s'humidifie, etc.) : tout est en équilibre.
6- L'air saturé en humidité est beaucoup plus conducteur de la chaleur (d'ou l’intérêt des cuissons vapeur qui cuisent donc plus vite)
7- L'air saturé en humidité arrive au contact du pâton, plus froid, que fait il ? on l'a vu au dessus, il condense ! le pâton va se "mouiller" et la surface se réchauffer ! mais à sa surface, de l'eau va aussi s’évaporer, un autre équilibre va s'établir autour des 100°C et le cœur du pâton, la mie, par conduction, ne pourra pas monter au delà de ... 90°C !
8- Dans la foulée, l'humidité en surface est de l'eau pure, puisque condensée, comme de l'eau distillée, donc par osmose, elle va "tirer" les sels et les sucres de la surface du pâton pour réaliser la réaction dite de Maillard (le pain va brunir: les sucres caramélisent etc.)

Patatras, qu'est ce que ça veut dire ?

1- si vous jettez de l'eau froide dans la lèchefrite, en dehors du choc thermique plus important que vous allez infliger à la tôle (280° - 10°,20° au lieu de 280° - 100°) vous ne ferez que refroidir l'enceinte avant qu'elle ne revienne à l'équilibre : mais pourquoi diable préchauffer pour refroidir ensuite ? donc non, vous jetterez de l'eau chaude dans la lèchefrite, sauf si vous avez des actions chez EDF ou que vous désiriez démarrer une cuisson à température plus basse que celle que vous avez prévu (?)

2- La "vapeur" visible, donc le nuage d'eau provoqué par ce choc thermique est très temporaire et n'a donc strictement aucune action sur la surface du pâton : il va rester humide pendant toute la durée de la cuisson, jusqu'à disparition de toute l'eau de la lèchefrite, ce ne sont pas les quelques secondes ou quelques goutelettes d'eau se sont déposées dessus qui y changera quelque chose !
Pire : quand cette vapeur est produite par ébullition, elle sort à 100°C ! dans une enceinte de four qui est elle à température thermostatée (280...) et pire que pire, quand cette eau va s'évaporer elle va encore refroidir (de quelques degrés) : on a donc un mélange de vapeur d'eau à moins de 100°C avec de l'air à 280°C ... vous n'avez fait que refroidir l'enceinte !

3- On peut augmenter le temps de production de la vapeur visible (le nuage d'eau), en mettant des glaçons, comme tant qu'il y aura de la glace, il ne peut y avoir d'équilibre, au contact glace tôle, elle fond et entre instantanément en ébullition pour recondenser dans une enceinte refroidie par... la glace; si on prend en compte les points 1 et 2 au dessus ainsi que de l'équilibre qui se crée avec une production de vapeur d'eau qui sort, on l'a vu, exactement à 100°C, puis se refroidit en s'évaporant : vous augmentez la durée pendant laquelle le four ne peut pas remonter à sa température d'origine.

4- Tout le temps ou vous avez de l'eau dans la lèchefrite est un temps ou il faut un apport d'énergie ! dans un vrai four à pain en maçonnerie, cet apport est juste un volant thermique, dans un four ménager, c'est impossible, donc le four restera allumé, même s'il possède une pierre.

5- Info : dans un vrai four à pain en maçonnerie, les mesures montrent que la voute est toujours plus chaude que la sole : donc... si vous voulez imiter ce fonctionnement, vous ne mettrez pas le four en chauffe basse, mais en chauffe haute et basse (toujours en convection)

6- je parle de convection ci dessus, parce que si vous créez un circuit d'air, vous augmentez l'évaporation de l'eau : celle qui est dans la lèchefrite par exemple, comme celle à la surface du pâton, et ça va... refroidir plus vite que prévu et il faudra compenser d'autant (en plus que expliqué au point 5) donc il faudra plus d'eau et un four capable de compenser (puissance)... Donc... pas de chaleur tournante pour le pain (mais pour la pâtisserie oui). SI ce n'est pas compensé, si le pâton n'est pas assez humide, alors la pousse de four sera moins forte et le pain sera moins levé et la croute plus épaisse. (voir les expériences de l'INBP avec des pâtons séparés de la même boule et mis en four avec ou sans ventilation et le résultat comparé...)

7- On a parlé d'osmose pour la réaction de maillard ? vous comprendrez que si vous voulez absolument passer de l'eau au pinceau ou au brumisateur sur le pâton, il faut que ce soit de l'eau distillée, sinon, plus elle contient de sels dissous (regardez les étiquettes de votre bouteille d'eau minérale), moins elle favorisera la réaction de Maillard : il y aura certes quelques sels apportés en surface, mais adieu l'aspiration des sucres de la pâte... de toute façon, la cuisson vapeur s'accupe très bien d'humidifier le pâton juste ce qu'il faut

8- On a dit que le four était saturée en vapeur et que la vapeur était meilleures conductrice de température que l'air ... ça cuira plus vite le pâton, mais aussi votre figure si vous ouvrez brusquement le four en ayant la tête trop près pour voir qu'ils sont beaux vos petits pains...
ça vous dit quelque chose ? :-)
Je suis absolument et résolument sur et certain de ce que j'avance...
Jusqu'à temps que je change d'avis et que j'en pense le contraire.

Thierry
Club Ecole de Parapente
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