La physique des fourneaux

Cuisiner, c’est faire de la science ! Si Hervé Thys nous a maintenant habitués à la chimie (l’alchimie ?) des aliments, la physique des fourneaux a elle aussi son rôle ! Outil important pour la bonne chère, les différentes plaques de cuisson font intervenir trois phénomènes physiques différents :



1) la conduction thermique, entre deux surfaces en contact (la plaque et la casserole) est le premier procédé, historique, depuis l’ancienne cuisinière aux plaques de fonte jusqu’aux premières « plaques électriques » métalliques. La résistance sous la plaque de fonte est conductrice, on lui imprime un courant i, elle s’échauffe par effet Joule Ri², transmet sa chaleur à la plaque de fonte puis à la casserole par effet de conduction (équilibrage des températures)



2) le rayonnement infrarouge de chaleur est à l’œuvre dans les plaques vitrocéramiques de première génération, dits panneaux radiants. Des bobines métalliques sous la plaque sont portées à incandescence (comme un filament d’ampoule électrique) ; le métal incandescent chauffe la plaque et donc le fond de la casserole par conduction, mais le métal émet la grande partie de la chaleur par rayonnement infrarouge (d’où le nom parfois donné de plaques infrarouges). Le verre de la plaque laisse passer le rayonnement infrarouge. Dans la variété « plaque halogène » de ce type de plaque (figure en bas gauche), seul le rayonnement infrarouge est à l’œuvre.

3) Les métaux ferromagnétiques sont à l’oeuvre dans le chauffage par les plaques vitrocéramiques de seconde génération, dites inexactement plaques à induction, et qu’on ferait mieux de nommer « plaques à chauffage magnétique ». Sous la plaque, des bobines sont parcourues par des courants de haute fréquence (25 à 50 000 Hz, à comparer aux 50 Hz fournis à la prise de courant), produisant un champ magnétique oscillant. Celui-ci fait osciller l’aimantation d’un composant du fonds de casserole en métal ferromagnétique.  Ceci crée des courants dits de Foucault, qui  chauffent le fond de casserole par le classique effet Joule. La puissance de chauffage est si élevée (par exemple trois fois supérieure à ce que prédit un calcul élémentaire) qu’elle a longtemps été qualifiée d’anomale. En 1950, on a montré que l’anomalie résulte de la structure magnétique en domaines du métal ferromagnétique, et plus précisément du mouvement de leurs fines parois en fonction du champ magnétique. N’était cette structure, les casseroles magnétiques fonctionneraient moins bien ou peut-être même pas du tout.

A noter qu’il n’y a pas d’échauffement de la plaque par le système, elle est simplement chauffée par la casserole elle-même par conduction (à l’inverse du premier procédé, c’est la casserole qui échauffe la plaque).

Quelques tests :
1) la rayonnement infrarouge traverse le verre de la plaque. Prenez votre télécommande de télé et actionnez-la depuis votre jardin à travers la vitre.
2) Un métal ferromagnétique attire l’aimant ; quand vous avez acheté une plaque à induction, vous n’avez pu garder vos casseroles en aluminium, cuivre, verre. Testez le fond de vos casseroles avec le pin’s de votre frigidaire pour savoir si elles peuvent aller sur la plaque à induction.


Maintenant, tout çà c’est bien beau, mais certaines cuisinier(e)s vous diront qu’on fait de la meilleure cuisine différemment suivants ces procédés . C’est encore de la physique, mais c’est aussi du savoir-faire. Si vous en avez sur ce sujet, à vos commentaires !


Nous tenons à remercier Maurice Guéron, chercheur à l’école polytechnique, ingénieur à la société Genewave, de sa contribution à la partie 3 qui est un beau sujet.

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