Température de l'eau et de la vapeur d'eau dans une cocotte

[invite417015d1]

Bonjour tout le monde,

Ceci est une question non philosophique mais je n'ai pas trouvé de réponse sur internet. Je vous explique :

J'ai eu une discussion animée avec des collègues enseignants (mais personne en physique malheureusement) ; une d'entre eux me disait que dans une cocotte minute, la température de l'eau qui bouillait était inférieure, au même moment, à la température de la vapeur qui était au dessus. Et du coup, affirmait elle, la cuisson des aliments était plus rapide dans le panier que dans l'eau. Je trouvais ceci effarant mais une autre collègue me l'a confirmé. Je reste très très sceptique. Comme je ne veux pas rester sur une impasse, je voudrais bien avoir une réponse scientifique.

Un brillant spécialiste de la physique pourrait il m'éclairer ?

Merci
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[invitecaafce96]

Bonsoir,
La cocotte est un système fermé . Pour moi , tout est à la même température : l'eau bouillante vers 120° produit de la vapeur à 120° sous une pression d'environ 2 bars .

[invite2313209787891133]

Bonjour

La version de ton collègue est bonne, mais pas pour la bonne raison.

Dans une cocotte l'eau bouillante est en équilibre avec la vapeur ; si on se contentait de mettre de l'eau distillée on aurait 2 températures identiques.
Comme généralement on ne s'amuse pas à cuire de l'eau mais plutôt des aliments l'eau contient des sels qui remonte la température d'ébullition de quelques degrés, donc la température du liquide est un peu supérieure.

Toutefois les aliments cuisent plus vite dans la vapeur pour une raison qui tient à l'échange de chaleur : Dans le liquide la chaleur est transférée par convection, il faut une grande agitation pour avoir un transfert efficace car une couche de liquide plus froid "entoure" les aliments. Dans la vapeur par contre l'interface des aliments est continuellement baigné dans un environnement à la même température maximale. Concrètement on utilise le terme de "coefficient d'échange", c'est à dire la quantité de chaleur qui se transmet par m² d'interface pour 1°C de différence entre les 2 interfaces.
Pour donner un ordre de grandeur ce coefficient est d'environ 200-400 dans l'eau chaude non agitée, 10 fois plus dans l'eau en ébullition, et 100 fois plus dans la vapeur saturée.

[invite417015d1]

Pour Dudulle,

Merci de ta réponse. Je crois avoir été convaincu par ton argumentaire ... tout en me disant que j'avais des doutes sur le même argumentaire. Lorsque je vais dehors quand il fait 5°C, il fait un peu frisquet, on le sent ; si je plonge dans de l'eau à 5°C, c'est carrément glacé. Je me disais donc que l’eau me piquait mes calories bien plus vite que l'air humide et pourtant, les 2 étaient à la même température. Ça ne serait pas contraire à ce que tu appelles le coefficient d'échange ? (c'est à dire que l'eau aurait plus la capacité à prendre ou à donner des calories, donc à contribuer à des échanges de calories que la vapeur) ?

Par contre, tu dis que l'eau et la vapeur sont à peu près (à peu près à cause de l’histoire des minéraux dissous) à la même température. Ouf, je suis rassuré.

[A voir en vidéo sur Futura]

[FC05]

Non, Dudulle a raison.

Ce coefficient d'échange extrêmement important est une propriété des fluides en changement d'état et particulièrement de la vapeur.

Pour s'en convaincre il suffit de faire bouillir de l'eau. Quand il y a ébullition on peu placer sa main à côté de la casserole dans les gaz très chauds qui proviennent du brûleur (à plus de 100°C). Par contre il est absolument impossible de laisser ça main au dessus de la casserole dans le nuage de vapeur (Attention : tenter de la laisser expose à de graves brûlure ! ) .

[invite2313209787891133]

Pour Dudulle,

Merci de ta réponse. Je crois avoir été convaincu par ton argumentaire ... tout en me disant que j'avais des doutes sur le même argumentaire. Lorsque je vais dehors quand il fait 5°C, il fait un peu frisquet, on le sent ; si je plonge dans de l'eau à 5°C, c'est carrément glacé. Je me disais donc que l’eau me piquait mes calories bien plus vite que l'air humide et pourtant, les 2 étaient à la même température. Ça ne serait pas contraire à ce que tu appelles le coefficient d'échange ? (c'est à dire que l'eau aurait plus la capacité à prendre ou à donner des calories, donc à contribuer à des échanges de calories que la vapeur) ?

Par contre, tu dis que l'eau et la vapeur sont à peu près (à peu près à cause de l’histoire des minéraux dissous) à la même température. Ouf, je suis rassuré.

Oui, parce que le coefficient d'échange avec l'air (qu'il soit humide ou sec) est environ de 10W/m².°C quand l'air est immobile, donc environ 20 fois plus faible que de l'eau calme. En gros on se refroidit 20 fois plus vite dans l'eau que dans l'air.
Comme FC05 l'a souligné la différence réside dans le fait que la vapeur est à la limite du changement d'état, dès qu'elle se refroidit ne serait qu'un peu elle cède une très grande quantité d’énergie par chaleur latente.

[invite417015d1]

Pour Dudulle et FC05 : Merci

Il y a presque toujours des explications à tout !

[inviteb6b93040]

Il y a pire que plonger dans la piscine, du vent et la peau mouillé pour la même raison que donne Dudulle, le changement de phase mais la c'est l'inverse, c'est l’humidité sur la peau qui se transforme en vapeur et absorbe de la chaleur pour changer de phase ou d'état (Dudulle : c'est nouveau de parler d'état à la place de phase ?)

[inviteb6b93040]

Dudulle : J'avais oublié, transition de phase ou changement d'état

[invite2313209787891133]

Les 2 termes sont admis il me semble, ceci dit je ne suis pas prof et je ne sais pas quel est la formule en vigueur en ce moment.

[invite1c6b0acc]

Bonjour,

Dans une cocotte l'eau bouillante est en équilibre avec la vapeur ; si on se contentait de mettre de l'eau distillée on aurait 2 températures identiques.
Comme généralement on ne s'amuse pas à cuire de l'eau mais plutôt des aliments l'eau contient des sels qui remonte la température d'ébullition de quelques degrés, donc la température du liquide est un peu supérieure.

Tu es sûr ?
J'ai du mal à imaginer une enceinte dans laquelle régnerait deux températures distinctes sans que la chaleur ne s'écoule spontanément du corps chaud vers le corps froid.

[invite75a796c1]

Bonjour,

sous pression, la température d'ébullition est plus élevée. Avec l'eau courante, ca doit être 120° à 1 bar.
La situation dans la cocotte est dynamique. Mais si il y a du liquide , sa température ne peut être plus élevée que la température d'ébullition sous cette pression.
De même s'il y a de la vapeur, sa température ne peut qu'être supérieure. C'est dans la définition. Cela n'empêche pas une évolution vers un équilibre dynamique.

Selon les professionnels des matériels industriels , il semblerait que l'échange de chaleur avec la vapeur confinée soit plus efficace qu'avec l'eau chaude mais ce n'est pas ce que j'ai retenu des mes propres expériences en cuisine. Je ferai plus attention la prochaine fois.

Ceci dit, la cuisson a la vapeur a d'autres avantages comme celui de débarasser l'aliment des polluants et des graisses qui tombent dans le liquide.

[invite2313209787891133]

Tu es sûr ?
J'ai du mal à imaginer une enceinte dans laquelle régnerait deux températures distinctes sans que la chaleur ne s'écoule spontanément du corps chaud vers le corps froid.

Oui c'est en effet ce qui va se produire, mais qu'est ce qui te choques dans ce processus ?

[invite75a796c1]

désolé , il doit y avoir un bug avec cette température d'ébullition à 1 bar ... J'écris au producteur pour lui demander s'il veut parler de pression excédentaire.

[invite2313209787891133]

120°C c'est la température atteinte à environ 2b, ou 1b relatif.

[obi76]

J'ai du mal à imaginer une enceinte dans laquelle régnerait deux températures distinctes sans que la chaleur ne s'écoule spontanément du corps chaud vers le corps froid.

Bonjour,
je confirme. Si vous faites évaporer une goutte dans un gaz dans un milieu adiabatique, la température de la goutte lors de son évaporation sera plus faible que celle du gaz (si l'air est plus chaud que la goutte initialement). Il y a un terme de pompage de la chaleur de la goutte dépendant de la chaleur latente. Le changement de phase pompe cette chaleur de sorte à ce que la température de la goutte reste tout le temps inférieure, jusqu'à évaporation complète.

[sitalgo]

B'jour,

J'ai eu une discussion animée avec des collègues enseignants (mais personne en physique malheureusement) ; une d'entre eux me disait que dans une cocotte minute, la température de l'eau qui bouillait était inférieure, au même moment, à la température de la vapeur qui était au dessus. Et du coup, affirmait elle, la cuisson des aliments était plus rapide dans le panier que dans l'eau.

Ce n'est pas propre à la cocotte minute, il suffit de mettre un couvercle sur une casserole et le même phénomène se produit, à 100 au lieu de 120°C.

[invite2313209787891133]

Dans une casserole équipée d'un couvercle aussi la température de l'eau sera légèrement supérieure à la température de la vapeur.

[invite75a796c1]

Bonsoir,

à cause des sels de l'eau ?

[invite2313209787891133]

Oui, mais pas seulement : Pour pouvoir créer une bulle dans le liquide il faut dépasser une certaine force qui correspond à la tension superficielle de l'eau. Le liquide monte légèrement au dessus de 100°C, puis une bulle prend naissance et la température retombe à celle de la vapeur.
Par ailleurs le liquide au fond du récipient est légèrement sous pression, donc la température d'ébullition se décale encore un peu vers le haut. ; si on utilisait une casserole de 10m de haut remplie de liquide on aurait environ 120°C en bas, et presque 100°C en haut avec une vapeur à 100°C.

[invite75a796c1]

donc, un jeu de pressions dynamiques ...

merci !

[obi76]

donc, un jeu de pressions dynamiques ...

Non, statique c'est suffisant....

[invite75a796c1]

voulez vous dire que le gradient de pressions reste constant malgré l'agitation et le mouvement des bulles ?

[obi76]

voulez vous dire que le gradient de pressions reste constant malgré l'agitation et le mouvement des bulles ?

Non il n'est pas constant mais il est faible devant la pression statique...

[invite75a796c1]

OK !
j'avais raté le

si on utilisait une casserole de 10m de haut

de Dudulle. Dans ce cas, il y a 2 bars en bas ...

merci à vous 2

[obi76]

Largement plus que ça, le but d'une cocotte minute c'est justement de mettre le contenu sous pression...

[invite75a796c1]

si on utilisait une casserole de 10m de haut

avec une casserole c'est plus difficile

[obi76]

Méa culpa

[invite5b3fa98d]

La température de l'eau et de la vapeur dans une cocote (lorsque qu'elle est sous pression) est SUPÉRIEURE à 100 degrés.
Il en ira de même pour la température de la vapeur générée.

En effet, l'eau ne bout à 100 degrés qu'à la pression atmosphérique "normale" :
- Elle bout à 20 degrés dans un environnement à une pression (quasi) nulle (après avoir fait le vide dans le récipient qui la contient)
- Elle bout à 120 degrés (voire plus) dans une cocote, où la pression est supérieure à la pression atmosphérique.

C'est la raison pour laquelle, les aliments cuisent plus vite dans une cocote.
De plus, la pression fait pénétrer la vapeur DANS les aliments (et non plus seulement autour), ce qui les cuit plus vite encore.

En avion, à 30.000 pieds d'altitude, la pression cabine est environ celle de 6.000 pieds (1.830 mètres)
L'eau y bout donc moins chaude que 100 degrés, et le café que sert le personnel de cabine est d'autant moins chaud

Just my 2 cents