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Physique de la cuisson thermique.
Il s’agit de mouvement de chaleur … donc de Thermodynamique.
Il y a trois principes fondamentaux dont deux sont énoncés ci-dessous. D’abord en langue du physicien (incompréhensible au profane) puis en langue du cuisinier:
Langage scientifique : Selon le premier principe de la thermodynamique, lors de toute transformation, il y a conservation de l'énergie. Dans le cas des systèmes thermodynamiques fermés, il s'énonce de la manière suivante :
« Au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, la variation de son énergie est égale à la quantité d'énergie échangée avec le milieu extérieur, sous forme d'énergie thermique (anciennement nommée chaleur) et de travail.»
Le deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. C'est un principe d'évolution qui fut énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824. Il a depuis fait l'objet de nombreuses généralisations et formulations successives par Clapeyron (1834), Clausius (1850), Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann en 1873 et Max Planck (voir Histoire de la thermodynamique et de la mécanique statistique), tout au long du XIXe siècle et au-delà.
Langage du cuisinier
Premier principe : Si je veux chauffer un plat, je dois dépenser du gaz ou de l’électricité. C'est co^teux de chauffer (On le sait ! )
Deuxième principe : la chaleur va du chaud vers le froid. C’est donc coûteux de refroidir les aliments.
La cuisson est une opération culinaire qui consiste à soumettre un aliment à l'action de la chaleur.
Un certain nombre de modifications surviennent alors, portant sur :
• la texture et l'aspect ;
• le goût ;
• la valeur nutritive.
Les différents modes de cuisson.
• La cuisson au gril – au barbecue : l'aliment est exposé au-dessus d'une source de chaleur rayonnante (gril du four ou électrique, barbecue, …) ;
Les braises sont des charbons ardents issus de la combustion de bois, de charbon, ou d'un autre matériau constitué de carbone porté à haute température.
Cette phase de combustion particulière suit une combustion primaire qui est moins chaude. Les braises rayonnent une chaleur plus homogène et constante que les flammes d'un feu.
Elles sont souvent utilisées en cuisine pour trois raisons différentes : Leur combustion ne dégage que du CO2 (ou presque). Les fumées ne sont quasiment pas toxiques, alors que ce n'est pas le cas des combustions primaires. Nous avons tous en tête les usages du type barbecues et tourne-broche mais là quand les aliments sont directement en contact il y a des fumées toxiques.
Les braises peuvent atteindre des températures très élevées (1000 degrés) car il n'y a plus de fractions volatiles (endothermiques).
La chaleur de cuisson de l'aliment dépend de sa distance à la braise. Si on passe de 10 cm de distance à 5 cm alors la température est multipliée par ... 4 !
• Rôtir : L'aliment est saisi par une forte chaleur , en général dans un four.
La température est régulée par thermostat et peut atteindre 300 degrés.
La durée de cuisson dépent des dimensions de la pièce à rôtir (Le boucher sera d'excellent conseil).La cuisson se fait par diffusion de la chaleur.
• La cuisson sautée – rissolée : l'aliment est rôti très rapidement dans une poêle contenant un corps gras, à découvert ; seule la partie en contact avec l'huile subit la cuisson. Le reste de l'aliment cuit par diffusion d'où la nécessité de remuer souvent.
• La cuisson à la friture : l'aliment est immergé dans un corps gras bouillant. La température maximale de cuisson dépend du point de fumée (de dégradation) du corps gras. Attention à vérifier avant de cuire... L'huile d'arachide peut atteindre 180° celcius.
Un produit à forte teneur en eau ou suceptible de "parfumer" le corps gras de cuisson sera enrobé dans une pâte à beignet.
• La cuisson braisée : Action de cuire un aliment dans un liquide aromatisé (vin, fond, fumet....) avec ou sans garniture aromatique, à couvert à feu doux ou au four.( aiguillette de boeuf braisée, endive braisée, laitue braisée....) . Le terme de "braiser à court mouillement" s'emploie pour la cuisson de certains poissons détaillés en filets ou médaillons. ( médaillon de lotte, filet de sole, darne de saumon.....).
• La cuisson en papillote : les aliments sont cuits au four, dans un papier aluminium ou sulfurisé ;
• La cuisson à l'étouffée : l'aliment est cuit à couvert, à feu doux et longuement avec un peu de liquide (eau ou vin) ;
• La cuisson à l'eau : les aliments sont immergés dans de l'eau. La température maximale de cuisson sera de 100°C (au niveau de la mer) mais ... 75°C sur le Mont Blanc.
Quelle que soit l'intensité du chauffage (gros bouillon), la température ne dépassera pas les 100°C !
• la cuisson à la vapeur : c'est une variante de la cuisson à l'eau sans contact avec le liquide ;
• La cuisson sous pression : les aliments sont cuits dans un autocuiseur étanche ; la pression monte sous l'effet de la chaleur qui peut atteindre les 130°C voire 200°C dans certains autoclaves de laboratoire..
La matière dans tous ses états
Chaque changement d'état "glace->eau" et "eau->vapeur" entraine une énorme consommation d'énergie (chaleur latente).
A titre d'exemple : Pour élever la température d'un litre d'eau de 1°C, il faut lui apporter environ 4200 Joules tandis que pour transformer, à 0°C ce litre deglace en eau il faudra 333000 Joules soit un rapport 80...
Elevons maintenant cette eau à 99°C. Pour élever sa température de 1°C il faudra toujours 4200 Joules tandis que pour vaporiser cette eau à 100°C il faudra apporter 2.3 millions de Joules soit un rapport 540... Le gros bouillon coûte très très cher.
Il est à noter que le terme « condensation » est souvent employé à tort en remplacement de « liquéfaction »
La diffusion de la chaleur.
La conduction
L'agitation moléculaire se transmet de proche en proche, des régions chaudes vers les régions froides. Le transfert de chaleur se fait par contact direct et sa rapidité dépend de la conductivité thermique des matériaux employés.
La convection
Le transfert de la chaleur s'effectue par déplacement des molécules vers les zones de moindre densité. Lorsqu'il est chauffé, l'air, par exemple, devient moins dense ; il s'élève pour diffuser la chaleur dans les zones plus froides.
Le rayonnement
Ce sont des ondes qui propagent l'énergie : infrarouge, ultraviolet, microondes, etc...
Énergie calorifique transmise
Le chauffage est un échange de chaleur entre deux corps ; le corps chaud cède sa chaleur au corps froid, jusqu'à ce qu'il y ait équilibre thermique. L'énergie calorifique transférée est donnée par la formule :
Les unités
L'unité normalisée du Système International pour l'énergie est le Joule ; cependant, pour des raisons pratiques, nous l'exprimons souvent en kWh. Les autres unités (thermie, calorie) doivent être abandonnées.