E11 Conduction thermique

Topique

Lorsqu'un aliment – ​​solide ou semi-solide comme un steak, une pomme de terre ou la croûte d'un pain – entre en contact avec une surface chaude, la conduction thermique s'amorce au sein même de l'aliment. Cette chaleur se propage sans aucun mouvement macroscopique de matière, uniquement par contact direct entre particules voisines. La loi de Fourier stipule que le flux de chaleur à travers l'aliment est proportionnel au gradient de température interne et inversement proportionnel à la résistance thermique de sa matière. Cette résistance décrit la conductivité thermique de l'aliment : un aliment à conductivité thermique élevée, comme une viande maigre riche en eau, conduit la chaleur plus rapidement qu'un aliment à faible conductivité thermique, comme un aliment riche en matières grasses. Par conséquent, une conductivité thermique plus élevée signifie, selon la loi de Fourier, que le flux de chaleur à travers l'aliment est plus important.

Plus la conductivité thermique de l'aliment est élevée, plus le flux de chaleur qui le traverse est important. Dans la phase transitoire suivant ce contact initial avec la surface chaude, le profil de température à l'intérieur de l'aliment évolue selon l'équation de diffusion. C’est la diffusivité thermique de l’aliment, qui combine sa conductivité thermique et sa capacité à stocker l’énergie thermique qu’il reçoit, qui détermine cette évolution : un aliment à forte diffusivité thermique chauffe son intérieur plus rapidement qu’un aliment à faible diffusivité thermique, même s’ils ont la même conductivité thermique, car le premier emmagasine une plus grande élévation de température pour chaque unité d’énergie thermique reçue. Cette diffusivité thermique plus élevée signifie que, selon la même équation de diffusion, l’intérieur de l’aliment chauffe plus vite.

Ainsi, ce modèle, centré sur la conduction thermique et la diffusivité thermique, compare, par le biais du nombre de Biot, la résistance thermique interne d’un aliment à la résistance thermique que sa surface oppose à l’environnement. Lorsque le nombre de Biot descend en dessous d’un certain seuil, la résistance thermique interne de l’aliment devient négligeable par rapport à cette résistance thermique de surface, et l’aliment peut être considéré comme un tout à température uniforme. Lorsque le nombre de Biot dépasse largement ce seuil, la résistance thermique interne devient prépondérante et le profil de température au sein de l'aliment, plutôt que cette approximation globale, devient le facteur déterminant. La faible épaisseur de cet aliment, associée à une dimension caractéristique réduite, explique son nombre de Biot plus bas et sa température de cuisson atteinte plus rapidement. En revanche, sa richesse en matières grasses, avec une conductivité et une diffusivité thermiques inférieures à celles d'un aliment riche en eau, le rend, par conséquent, plus lent à cuire.

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