Cuisiner une meilleure tarte aux pommes en modélisant le transfert thermique
Les pommes sont un ingrédient courant des tartes ou des tourtes sucrées, que nous nommerons tartes par la suite, mais il existe une variété de pommes que de nombreux pâtissiers évitent d’utiliser. Dans ce blog, nous allons explorer l’utilisation de cet ingrédient controversé dans les tartes. Nous utiliserons également un nouveau tutoriel pour expliquer comment modéliser le processus de transfert de chaleur qui se produit dans une tarte lors de sa cuisson dans un four domestique.
Être ou ne pas être… cuit
Des vertes et des pas mûres
Il existe une quantité infinie de recettes de tartes aux pommes disponibles en ligne, chacune proposant sa propre version de ce dessert populaire. Cependant, la plupart des sources s’accordent à dire que certaines pommes sont préférables à d’autres pour préparer une tarte, notamment, entre autres, les pommes Granny Smith, Golden, Honeycrisp et Braeburn. L’équilibre entre le sucré et l’acidulé de ces pommes les rend idéales pour la pâtisserie.
Si vous voulez éviter les fautes de goût, de nombreux chefs suggèrent d’éviter les pommes Red Delicious car elles se désagrègent facilement et perdent leur saveur lorsqu’elles sont soumises à de fortes températures. Dans le blog de Serious Eats, une tarte aux pommes faite avec des pommes Red Delicious a obtenu une note de 1 sur 10 — ce qui en fait la tarte aux pommes la moins bien classée de la liste.
En prenant connaissance de la réputation de la Red Delicious dans le monde de la pâtisserie, j’ai été curieux de voir par moi-même comment elle se comporte. Dans la suite de cette section, nous allons comparer une tarte aux pommes faite avec des pommes Granny Smith et une autre faite avec des pommes Red Delicious. Les deux tartes seront préparées avec la même recette, les mêmes ingrédients et la même méthode de cuisson. (Si vous souhaitez passer directement à la section relative à la modélisation de la tarte, cliquez ici.)
La recette
Les tartes aux pommes font appel à deux composants indispensables: la pâte et la garniture. Pour réaliser la pâte, j’ai utilisé , recette simple nécessitant de la farine, du beurre, du sel, du sucre et de l’eau. Pour la garniture, j’ai suivi la recette donnée par , dans laquelle les ingrédients suivants sont utilisés:
- 6 pommes de taille moyenne
- 150 grammes (3/4 cup) de sucre
- 2 cuillères à soupe (~15g) de farine
- 3/4 cuillère à café de cannelle moulue
- 1/4 cuillère à café de sel
- 1/8 cuillère à café de noix de muscade moulue
- 1 cuillère à soupe de jus de citron
Pour confectionner la tarte à base de pommes Red Delicious, j’ai placé un fond de tarte dans un plat de cuisson en verre de forme ovale. Puis j’ai mélangé tous les ingrédients de la garniture dans un grand saladier, que j’ai ensuite ajoutée dans le plat recouvert de pâte. Une fois que toute la garniture a été ajoutée, j’ai placé une deuxième pâte à tarte sur le dessus et j’ai pressé les bords des deux pâtes ensemble. J’ai enfin ajouté quelques fentes à la couche supérieure de la pâte et j’ai placé la tarte dans un four à ~220°C. Elle a été laissée à cuire pendant 45 minutes.
J’ai ensuite répété ce même processus pour la tarte faite avec des pommes Granny Smith. La seule différence entre les deux tartes est la forme des plats dans lesquels elles ont été cuites.
Différentes étapes de la confection de la tarte aux pommes, avec des pommes Red Delicious (dans le sens des aiguilles d’une montre de la phase de début à la phase juste avant la cuisson).
Red Delicious vs. Granny Smith
Les tartes réalisées avec de la Red Delicious ont-elles mauvais goût ? La Granny Smith est-elle la pomme à cuire par excellence?
De mon point de vue, la tarte réalisée avec les pommes Red Delicious était plus lourde, mais, comme les critiques le laissaient penser, elle était également insipide. Elle semblait plus gorgée d’eau et moins cuite que la tarte réalisée avec des pommes Granny Smith. Elle avait également une texture légèrement granuleuse.
Une tarte aux pommes faite avec des pommes Red Delicious (à gauche) et plusieurs pommes Red Delicious (à droite).
La tarte confectionnée avec des Granny Smith rappelait les saveurs caractéristiques de la tarte aux pommes: acidulée et sucrée, mais sans excès. Elle avait cependant un fort arrière-goût de citron.
Une tarte aux pommes faite avec des pommes Granny Smith (à gauche) et plusieurs pommes Granny Smith (à droite).
Les deux tartes avaient leurs propres points forts et points faibles, et, comme beaucoup d’autres, je recommande d’utiliser des pommes Granny Smith pour la cuisson. Cependant, si votre objectif premier est d’utiliser des restes de pommes Red Delicious pendant la saison de leur récolte, autant en faire une tarte.
Maintenant que nous avons plus d’informations sur les ingrédients les plus savoureux à utiliser dans une tarte, regardons le transfert de chaleur lors de l’étape de cuisson dans un four…
Simulation du transfert de chaleur dans un four domestique lors de la cuisson d’une tarte
Quelles que soient les pommes que vous choisissez pour votre tarte, un transfert de chaleur régulier est essentiel pour le processus de cuisson.
A l’intérieur d’un four, le transfert de chaleur s’effectue selon trois modes:
- Convection: Le ventilateur situé à l’arrière du four souffle de l’air chaud à l’intérieur du four.
- Conduction: C’est de cette façon que la chaleur est transmise des bords au milieu de la tarte. C’est également le processus par lequel la chaleur est échangée entre l’air et la tarte à leur interface.
- Rayonnement: La résistance chauffante rayonne vers les parois du four et vers la tarte.
Transfert de chaleur dans un four.
Les fours modernes disposent de plusieurs modes de chauffage pour permettre une cuisson lente, un grill, l’utilisation de la résistance inférieure ou supérieure uniquement. Le mode que vous sélectionnez détermine l’activation des différentes résistances et du ventilateur arrière.
Prenons l’exemple d’un four réglé sur le mode chaleur tournante et grill afin que la résistance supérieure (1000 W), la résistance arrière (1500 W) et le ventilateur arrière soient activés. La température cible du four est fixée à 220°C. Dans quelle mesure la distribution de la température dans la tarte est-elle uniforme ? Dans quelle mesure est-elle proche de la température cible ? Combien d’énergie a-t-il fallu pour la cuire ? Utilisons la simulation pour trouver les réponses.
Modélisation intuitive
Un premier coup d’œil à l’application suggère qu’il est nécessaire de prendre en compte l’écoulement d’air autour de la tarte, le transfert de chaleur à la fois dans l’air et dans la tarte, et le rayonnement de surface à surface pour obtenir une description complète. Dans le logiciel COMSOL Multiphysics® , nous pouvons utiliser les couplages multiphysiques
Après 45 minutes au four, la température de la tarte est hétérogène, variant de 140°C au milieu à 210°C sur le bord. La température moyenne est d’environ 160°C.
Température et lignes de courant de la vitesse (colorées par la température) à l’intérieur d’un four domestique.
Le four a été utilisé pendant une heure et a consommé 0,26 kWh pour maintenir l’air à une température de 220°C.
Bon travail ! Nous avons répondu aux questions initiales sans entrer trop profondément dans le processus de modélisation. Mais que se passe-t-il si nous approfondissons les choses ? Était-ce trop simple pour être précis ?
Modélisation intuitive
La connaissance de la simulation et de la physique impliquée dans l’application que vous souhaitez modéliser est essentielle pour obtenir des résultats précis et rapides. Pour ce que nous souhaitons évaluer dans cette application, le premier modèle contient toutes les physiques, mais est trop général. Dans ce type de cas, la convection naturelle peut être négligée, car la convection forcée est prédominante. Cela implique que l’écoulement et le transfert de chaleur sont faiblement couplés. Cela signifie également que l’air peut être considéré comme incompressible. Ces deux points sont des simplifications du modèle, et auront pour conséquence une diminution du temps de calcul. Le calcul est en effet 4 fois plus rapide que dans le premier exemple de modélisation.
Et les résultats ? Ils sont presque identiques !
Température moyenne dans la tarte (à gauche) et énergie totale consommée par le four (à droite) au cours du temps.
Testez par vous-même
La cuisson est une application courante de la physique du transfert thermique. C’est pourquoi elle est un exemple parfait pour illustrer comment vous pouvez utiliser COMSOL Multiphysics® pour modéliser le couplage entre écoulement et transfert thermique. Ici, nous avons utilisé la simulation pour illustrer le processus de chauffage d’une tarte dans un four domestique, en prenant en compte la conduction, la convection et le rayonnement.
Vous voulez tester le modèle ? Cliquez sur le bouton ci-dessous pour accéder à l’entrée correspondante de la Bibliothèque d’Applications.
Remarque : en utilisant le tutoriel, vous pouvez mettre à jour la température du four et la durée de cuisson d’un repas, comme une tarte, afin de répondre au mieux à vos besoins de modélisation. Ici, nous l’avons fait fonctionner à 220°C pendant 45 minutes pour correspondre à la procédure de cuisson moyenne d’une tarte aux pommes.
Pour aller plus loin
Vous souhaitez en savoir plus sur l’utilisation de la simulation pour des applications alimentaires ? Découvrez ces blogs:
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