E43 Fracture Cortex

Topique

La rupture de la croûte d'un pain, d'un biscuit, d'une chips ou d'une barre chocolatée illustre comment ce matériau fragile se brise sous l'effet d'une charge. La mécanique de la rupture de Griffith stipule que toute rupture de cette croûte débute au niveau d'une imperfection interne, telle qu'une fissure, un pore ou une crevasse. À partir de cette imperfection, la fissure se propage dès que l'énergie élastique libérée par la croûte lors de la rupture dépasse l'énergie de surface nécessaire à la création de la surface de fracture. Plus l'imperfection est importante, plus la fissure se propage rapidement avec une énergie élastique libérée moindre.

Le facteur d'intensité de contrainte de cette croûte quantifie la concentration de contraintes qui s'accumule à l'extrémité de la fissure. Ce facteur augmente avec la contrainte appliquée et avec la racine carrée de la taille de la fissure. Lorsque ce facteur d'intensité de contrainte atteint la valeur critique de la ténacité à la rupture de la croûte, la fissure se propage spontanément. Plus la fissure est grande, ou plus la contrainte appliquée est importante, plus l'intensité de contrainte atteint rapidement la limite de ténacité à la rupture de la croûte.

Une croûte croustillante présente une faible ténacité à la rupture, caractéristique d'un matériau fragile : elle se brise avec peu d'énergie élastique libérée et la fissure se propage rapidement, produisant le craquement caractéristique entendu lorsqu'on la mord. À l'inverse, une croûte humide possède une plus grande ténacité à la rupture car l'eau plastifie le réseau d'amidon et de gluten, absorbant ainsi davantage d'énergie élastique et empêchant la fissure de se propager aussi loin que pour une croûte croustillante. Si cette croûte absorbe davantage d'eau, sa ténacité à la rupture augmente et, par conséquent, elle cesse d'être croustillante.

Le module de rupture de cette croûte, mesuré par un essai de flexion en trois points, est la mesure standard de la résistance à la rupture d'une pâtisserie ou d'un biscuit et est étroitement corrélé à la perception sensorielle de son croustillant : un module de rupture élevé combiné à une faible énergie de rupture — la même énergie de rupture déjà établie par un autre modèle de cet ensemble — indique une croûte fragile et croustillante. Cette combinaison d'un module de rupture élevé et d'une faible énergie de fracture engendre une croûte plus croustillante lorsqu'on la mord.

Ainsi, ce modèle, avec son intensité de contrainte et sa ténacité spécifiques, est déterminé en définitive par la vitesse de propagation de la fissure dans la croûte. Une fissure se propageant rapidement génère un son aigu, perçu comme un craquement lorsqu'on la mord, tandis qu'une croûte tendre propage la même fissure lentement et ne produit donc aucun son perceptible. La plus grande fragilité de cette croûte, due à sa moindre ténacité, entraîne une propagation plus rapide de la fissure, produisant un craquement plus aigu et plus distinct lorsqu'on la mord.

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