LES CHANGEMENTS D’ETAT ET LEURS APPLICATIONS

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seconde partie

1) Les différents changements d’état :

 

Aux changements d’état fusion, vaporisation et sublimation, il faut associer une élévation de température.

Aux changements d’état solidification, liquéfaction et condensation, il faut associer une diminution de température. 

2) Changements d’état d’un corps :

Si on trace le graphe : T = f (t), T étant la température du corps et t le temps, on obtient un graphe de la forme ci-contre si le corps est un corps pur (eau par exemple) :

Le palier 1 correspond au changement d’état solide « liquide et le palier 2 au changement d’état liquide « gaz.

Un corps change d’état à des températures bien précises et durant tout le changement d’état, la température reste constante.

La fusion et la solidification de l’eau pure se produisent à la même température constante : 0 °C et la vaporisation et la liquéfaction à 100 °C, dans les conditions normales de pression.

Lors de ces changements d’état, il y a coexistence de deux états de l’eau : l’eau solide et l’eau liquide.

 

 

 

 

 

 

 

 

Si on n’a pas de palier, mais des changements de pente, c’est que l’on n’a pas un corps pur mais un mélange (eau salée par exemple)

 

 

 

 

3) Propriétés des changements d’état

Etude d’un mélange réfrigérant : solidification

Dans un bécher contenant de la glace seule, la température atteint 0°C et s’y stabilise : c’est la température de fusion de la glace.

Dans un bécher contenant un mélange glace/sel, la température atteint une valeur nettement plus faible, jusqu’à –15°C environ. Les glaçons fondent plus vite et le sel se dissout. Le mélange a besoin d’énergie (chaleur) qu’il reçoit du milieu extérieur.

 

Caractère cryogénique d’une évaporation

Si on entoure le réservoir d’un thermomètre de coton imbibé d’alcool, la température s’abaisse.

Pour s’évaporer, l’alcool a besoin de chaleur. Il va la prélever dans son environnement direct et notamment au niveau du thermomètre, ce qui justifie son refroidissement et la diminution de température observée.

Grâce à une évaporation, on peut « crée » localement du froid : on parle donc du caractère cryogénique de ce changement d’état.

galets de naphtaline que l’on utilise pour lutter contre les mites subissent également une sublimation.

 

Influence de la pression sur la température d’ébullition

Si on remplit un récipient bouché avec de l’eau à 60 °C et si on réalise un vide partiel dedans à l’aide d’une trompe à eau, la pression à l’intérieur devient plus faible que la pression atmosphérique et l’eau se met à bouillir.

Sous une pression donnée, la température d’ébullition d’un corps pur est fixée : c’est une caractéristique du corps pur ; mais cette valeur change si la pression est modifiée : pression et température d’ébullition sont liées.

 

• Pour faire changer d’état un corps pur il faut faire varier sa température, ou, plus rarement, sa pression.
• Les changements d’état d’un corps pur se produisent à température constante lorsque la pression est constante.
• Durant le changement d’état, il y a coexistence de deux états du corps pur.
• A une élévation de température, il faut associer une absorption de chaleur donc d’énergie sous forme thermique.
• A une diminution de température, il faut associer une perte de chaleur donc d’énergie sous forme thermique.

1. SOLIDIFICATION

On a utilisé de tels mélanges pour les premiers sorbets et glaces.

 

2. VAPORISATION : QUELQUES MODES DE CUISSON

Cuire un aliment, c'est le soumettre à l'action de la chaleur et lui faire subir différentes modifications portant sur :

- la texture

- la saveur : au moment de la cuisson,  des échanges de saveur entre l'aliment et son milieu de cuisson se produisent

- la valeur nutritive : les substances à l'origine du goût passent dans le milieu de cuisson, si l'on n'y prend pas garde ; de même, pour les minéraux et vitamines hydrosolubles. Il est donc indispensable, sur le plan gustatif comme nutritionnel, de réaliser une cuisson correctement.

La cuisson à l’eau

Les aliments sont immergés dans une grande quantité d’eau froide ou bouillante. Le temps d’ébullition est variable : court pour le blanchiment et long pour la cuisson.

Certains nutriments de l'aliment passent dans le bouillon. Aussi si la cuisson débute dans l’eau froide, on obtient un bouillon savoureux (potage).

Au contraire, si la cuisson commence à partir d’eau bouillante, on obtient une viande ou un légume savoureux. Les aliments sont en effet saisis, les arômes et les nutriments se diffusent moins dans l’eau de cuisson.

Mais la cuisson à gros bouillons entraîne une perte supérieure en minéraux, vitamines solubles dans l'eau et sensibles à la chaleur. De plus, si la cuisson est prolongée, il y aura destruction des saveurs.

La cuisson à la vapeur

C'est une variante de cuisson à l'eau mais il n'existe aucun contact avec le liquide.

Les aliments sont dans une atmosphère saturée de vapeur d'eau, déposés au-dessus du liquide produisant cette vapeur. Le liquide qui donne naissance à la vapeur peut être soit de l'eau, soit un liquide parfumé : bouillon, eau additionnée d'herbes et/ou d'aromates divers. L'aliment s'imprègne alors peu a peu de ces parfums.

On pose sur chacun des tamis une série d'ingrédients bien déterminés, en les  superposant dans un ordre bien précis

Les parfums du tamis placé le plus bas imprègnent les ingrédients de celui qui lui est immédiatement supérieur ; le mélange des vapeurs parfume le troisième, etc…

Ce mode de cuisson respecte bien l’aliment. Son grand intérêt est de l’épurer. La vapeur fait éclater les cellules extérieures et entraîne dans l’eau du récipient inférieur les éventuels pesticides pour les légumes , quant à la viande, les graisses fondent facilement.

Les temps de cuisson sont évidemment très différents. Ce temps est, dans l'ensemble, relativement long.

Les aliments sont cuits dans un autocuiseur étanche. La pression monte sous l’effet de la chaleur et l’on atteint une température de cuisson supérieure à 100 °C. Cette technique a pour avantage la rapidité de cuisson : ce temps de cuisson étant diminué de moitié, les pertes en vitamines sont moins importantes. En effet, elles résistent mieux à une température élevée durant un temps très court qu’à une température moindre pendant une longue durée.

De plus, elle respecte les saveurs si les temps de cuisson sont parfaitement respectés, la quantité d'eau ajoutée étant faible il y a peu de dilution des arômes et des minéraux dans le liquide de cuisson.

Conclusion : dans un autocuiseur, pression et température de cuisson sont plus élevées, ce qui entraîne un temps de cuisson plus court.

 

Si on met de l’eau dans une poterie poreuse ou si on enveloppe un bouteille d’eau dans un papier journal mouillé, l’évaporation de l’eau qui passe à travers les pores ou celle du journal va refroidir l’eau du récipient.

La réfrigération est un procédé servant à abaisser la température dans un espace donné et permettant de maintenir des produits à une température suffisamment basse pour les conserver : le froid stoppant la croissance bactérienne.

La réfrigération mécanique est effectuée par circulation d'un fluide ou réfrigérant (CFC pour les années antérieures à 1996 et pour les autres, produit de substitution) dans un système fermé, suivant un cycle continu.

Pour ce cycle de réfrigération, 4 éléments sont utilisés : le compresseur, le condenseur, le détendeur et l'évaporateur. Le réfrigérant liquide se vaporise dans l'évaporateur placé à l’intérieur de l’armoire frigorifique,  en absorbant la chaleur des produits ou de l'espace à refroidir. La vapeur est ensuite amenée vers un compresseur à moteur, où elle est portée à une pression élevée, ce qui augmente sa température. Le gaz surchauffé sous pression se condense alors dans un condenseur refroidi à l'air ou à l'eau. Du condenseur, le liquide passe par une soupape d'expansion (détendeur) pour diminuer sa pression et sa température. Le réfrigérant retrouve alors la température qu'il avait dans l'évaporateur.

Si aucune fuite ne se produit, ce fluide est efficace pendant toute la durée de vie du système.

 

La congélation est un procédé de conservation des aliments mettant en jeu une exposition au froid, à des températures inférieures au point de congélation soit en-dessous de –18°C. La congélation empêche les micro-organismes (bactéries, champignons microscopiques) de se multiplier. En revanche, les enzymes, dont l’action dégrade les aliments, restent actives à l’état de congélation, bien que leur activité soit fortement réduite. C’est pourquoi les légumes frais sont d’abord blanchis ou chauffés avant d’être congelés, afin d’inactiver ces substances et d’éviter la dégradation du goût.

Les aliments congelés présentent les mêmes propriétés nutritionnelles et organoleptiques que les produits frais. La congélation entraîne toutefois quelques altérations physiques, la dilatation de l’eau (formation de cristaux de glace) provoquant un éclatement des structures cellulaires. Si le processus de congélation est rapide, les cristaux de glace sont plus petits et provoquent moins d’altérations.

De la fabrication à la vente, puis à la conservation chez le particulier, il est capital que la «chaîne du froid» ne soit jamais brisée. En effet, le procédé de congélation ne tue pas toutes les bactéries, et celles qui survivent sont réactivées lors de la décongélation. Elles se développent alors très rapidement. La moindre élévation de température au cours des procédés d’élaboration ou du transport met donc en péril toute la procédure.

 

La lyophilisation, ou séchage à froid est un procédé qui permet de retirer l'eau contenue dans un aliment ou un produit afin de le rendre stable à la température ambiante et ainsi faciliter sa conservation. Elle utilise un principe physique qu'on appelle la sublimation. Dans le cas de l'eau que l'on veut retirer des aliments, l'opération de lyophilisation consiste à:

Congeler les aliments à – 40 °C pour que l'eau qu'ils contiennent soit sous forme de glace.

Ensuite sous l'effet du vide, sublimer la glace directement en vapeur d'eau.

Récupérer cette vapeur d'eau.

Une fois que toute la glace est sublimée, les aliments sont séchés à froid et on peut les retirer de l'appareil.

La lyophilisation permet de conserver une grande partie des qualités des aliments. Les aliments lyophilisés en général ne nécessitent pas de réfrigération pour se conserver. Les coûts d'entreposage et de transport sont ainsi réduits de façon appréciable.

La lyophilisation entraîne une diminution importante du poids ce qui facilite grandement le transport des aliments lyophilisés. Par exemple, plusieurs aliments contiennent jusqu'à 90% d'eau. Ils seront donc 10 fois plus légers après lyophilisation.

La plupart des aliments lyophilisés se réhydratent très rapidement grâce à leur texture poreuse. En effet, la lyophilisation n'entraîne pas de diminution de volume appréciable. L'eau peut donc reprendre sa place facilement dans la structure moléculaire de l'aliment.