Avez-vous déjà remarqué que les ventilateurs de plafond peuvent accumuler de la poussière, même si leurs pales tournent rapidement ? On pourrait penser que la poussière allait s’envoler. Ou avez-vous déjà pensé au sillage créé par un bateau lorsqu’il traverse un lac ? Ces situations illustrent une loi de la physique connue sous le nom de condition aux limites sans glissement (NSBC). Cette loi stipule que la vitesse d’un liquide s’écoulant sur une surface est exactement nulle au niveau de la surface elle-même. En d’autres termes, les particules de fluide adhéreront aux parois (ou aux limites) d’un solide. C'est pourquoi le sillage se forme derrière un bateau. Les molécules d'eau qui entrent en contact avec le bateau se déplacent à la même vitesse que le bateau et les molécules d'eau sont fortement attirées les unes vers les autres ; cela a pour effet de remorquer une partie de l'eau avec le bateau.
Si la vitesse du fluide à la surface de la particule est nulle, alors la seule façon pour les molécules d'arôme de s'échapper de la particule est de diffuser à travers cette couche limite. La diffusion étant un processus très lent, le taux d’extraction de la surface est très lent. Plus loin de la surface des particules, si le fluide se déplace, les molécules d'arôme peuvent être emportées par le mouvement du liquide, un processus appelé où un corps de fluide déplace les particules par des forces qui n'impliquent pas de diffusion. Le mouvement est généralement horizontal, par exemple une rivière entraînant des polluants en aval. " class="glossaryLink" target="_self">advection .
Étonnamment, le NSBC est encore parfois un facteur, même lorsqu'il semble y avoir une énorme agitation dans une bouillie - par exemple, lorsqu'un jet de bouilloire s'écoule extrêmement rapidement d'une bouilloire verseuse et se fraye un chemin dans un lit de café. Ce type d'écoulement à grande vitesse peut être « laminaire », dans lequel les molécules se déplacent en lignes droites (voir le graphique de gauche ci-dessous). Dans un écoulement laminaire, la couche limite peut être relativement grande, ce qui signifie que les molécules doivent diffuser sur une plus longue distance pour s'échapper de la surface broyée. Les flux turbulents forment des tourbillons, ou des courants inverses (graphique de droite, ci-dessous), qui peuvent pénétrer dans la couche limite et emporter les molécules aromatiques, augmentant ainsi le taux d'extraction. Pour la même raison, les bains à remous, dont nous avons parlé dans la leçon 1.05, ne sont pas efficaces pour remuer une bouillie de café ; ils ne produisent pas les tourbillons nécessaires pour vaincre le NSBC.
Flux laminaire (à gauche). Écoulement turbulent (à droite).
Le professeur Steven Abbott explique: «La seule façon pour ces molécules [grosses et difficiles à dissoudre ] de s'échapper est de faire en sorte que l'écoulement turbulent se rapproche le plus possible de la limite de glissement.»
Dans cette courte vidéo, une goutte d'encre est déposée sur la paroi d'un récipient en verre, avec de l'eau se déplaçant dans un tourbillon (c'est-à-dire un environnement sans turbulence ). L'encre reste sur le mur jusqu'à ce que quelqu'un utilise une palette pour créer suffisamment de turbulences pour éliminer l'encre.
En raison de l’effet NSBC, toutes les méthodes d’infusion par immersion nécessitent une certaine forme d’agitation. Sans agitation, les infusions par immersion prennent tout simplement trop de temps à préparer et sont généralement sous-extraites. Sans écoulement turbulent provoqué par l'agitation de la suspension , les molécules d'eau responsables de l'extraction des arômes de café sont incapables de surmonter la condition limite de non-glissement, et les molécules d'arôme ne peuvent s'échapper dans l'eau que par diffusion . Pour certaines molécules aromatiques plus grosses et moins solubles, comme les pseudotanins au goût amer du café, il s’agit d’un processus lent.
Solubilité et saveur
Les composés hautement solubles du café, tels que la caféine, les sucres et les acides organiques, sont extraits très peu de temps après que l'eau soit versée sur le café moulu – atteignant plus de 90% dans les premières secondes d'extraction d'espresso, selon Severini et al (2015) . Les différences dans la solubilité des substances présentes dans le café torréfié expliquent pourquoi un café sous-extrait peut être dominé par des saveurs associées à un profil sucré et très acide ( Mestdagh, Glabasnia et Giuliano 2016 ).
Les composés moins solubles ne sont extraits qu'après un certain temps (ou après qu'un certain volume d'eau ait traversé le lit de café dans le cas du café filtre ou de l'espresso). Parmi ces composés moins solubles, plusieurs substances au goût amer ou astringent, comme les phénylindanes , sont associées à une surextraction. Parce qu'ils extraient presque continuellement tout au long du processus de brassage, on pense qu'ils contribuent davantage au profil aromatique des extractions très longues ( Mestdagh, Glabasnia et Giuliano 2016 ). Les composés plus solubles, comme la caféine ou l’acide citrique, sont presque entièrement extraits plus tôt dans le processus de brassage.
«La surextraction favorise l'extraction de composés amers et astringents moins solubles. En conséquence, le rapport entre les acides ou sucres extraits précocement et les lactones amères et les indanes changera avec le temps, ce qui déséquilibrera le profil sensoriel. Il passera d'un doux acide à un plus amer, plus dur et astringent. (Mestdagh, Glabasnia et Giuliano 2016)