Les ingénieurs du MIT présentent l'Oréomètre
Des ingénieurs en mécanique ont soumis la crème d'un Oreo à une batterie de tests pour comprendre ce qui se passe lorsque deux tranches sont séparées par torsion.
Lorsque vous ouvrez un biscuit Oreo pour en découvrir le cœur crémeux, vous reproduisez un test standard de rhéologie - l'étude de l'écoulement d'un matériau non newtonien lorsqu'il est tordu, pressé ou soumis à une autre contrainte. Les ingénieurs du MIT ont maintenant soumis le biscuit-sandwich à des tests rigoureux sur les matériaux afin de répondre à une question passionnante : Pourquoi la crème du biscuit ne colle-t-elle qu'à une seule gaufrette lorsqu'on la tord ?
StockSnap / Pixabay
"Il y a le problème fascinant d'essayer de faire en sorte que la crème se répartisse uniformément entre les deux gaufres, ce qui s'avère très difficile", explique Max Fan, étudiant de premier cycle au département de génie mécanique du MIT.
En quête d'une réponse, l'équipe a soumis les biscuits à des tests de rhéologie standard en laboratoire et a constaté que, quelle que soit la saveur ou la quantité de farce, la crème au centre d'un Oreo se colle presque toujours à l'une des tranches lorsqu'on l'ouvre en la tournant. Ce n'est que pour les anciennes boîtes de biscuits que la crème se sépare parfois de manière plus homogène entre les deux gaufrettes.
Les chercheurs ont également mesuré le couple nécessaire pour ouvrir un Oreo et ont constaté qu'il était similaire au couple nécessaire pour tourner une poignée de porte et environ 1/10e du couple nécessaire pour ouvrir un bouchon de bouteille. La contrainte de rupture de la crème - c'est-à-dire la force par surface nécessaire pour que la crème s'écoule ou se déforme - est deux fois supérieure à celle du fromage frais et du beurre de cacahuète, et à peu près de la même ampleur que celle de la mozzarella. À en juger par la réaction de la crème à la contrainte, l'équipe qualifie sa texture de "molle", plutôt que cassante, dure ou caoutchouteuse.
Alors, pourquoi la crème du biscuit colle-t-elle à un côté au lieu de se répartir uniformément entre les deux ? Le processus de fabrication pourrait être en cause.
"Les vidéos du processus de fabrication montrent qu'ils posent la première gaufrette, puis distribuent une boule de crème sur cette gaufrette avant de poser la deuxième gaufrette par-dessus", explique Crystal Owens, candidate au doctorat en génie mécanique au MIT, qui étudie les propriétés des fluides complexes. "Apparemment, ce petit délai peut permettre à la crème de mieux adhérer à la première gaufrette".
L'étude de l'équipe n'est pas seulement une douce diversion de la recherche sur le pain et le beurre ; c'est aussi l'occasion de rendre la science de la rhéologie accessible à d'autres. À cette fin, les chercheurs ont conçu un "Oréomètre" imprimable en 3D - un dispositif simple qui saisit fermement un biscuit Oreo et utilise des centimes et des élastiques pour contrôler la force de torsion qui ouvre progressivement le biscuit. Les instructions pour le dispositif de table sont disponibles ici.
La nouvelle étude, intitulée "On Oreology, the fracture and flow of 'milk's favorite cookie'", paraît aujourd'hui dans Kitchen Flows, un numéro spécial de la revue Physics of Fluids. Elle a été conçue au début de la pandémie de Covid-19, alors que les laboratoires de nombreux scientifiques étaient fermés ou difficiles d'accès. Outre Owens et Fan, les coauteurs sont les professeurs de génie mécanique Gareth McKinley et A. John Hart.
Le lien avec les confiseries
Un test standard en rhéologie consiste à placer un fluide, une boue ou toute autre matière fluide sur la base d'un instrument appelé rhéomètre. Une plaque parallèle située au-dessus de la base peut être abaissée sur le matériau à tester. La plaque est ensuite tordue tandis que des capteurs suivent la rotation et le couple appliqués.
Mme Owens, qui utilise régulièrement un rhéomètre de laboratoire pour tester des matériaux fluides tels que les encres imprimables en 3D, n'a pu s'empêcher de noter une similitude avec les biscuits sandwichs. Comme elle l'écrit dans la nouvelle étude :
"Scientifiquement, les biscuits sandwichs présentent un modèle paradigmatique de rhéométrie à plaques parallèles dans lequel un échantillon de fluide, la crème, est maintenu entre deux plaques parallèles, les gaufrettes. Lorsque les gaufrettes sont soumises à une rotation inverse, la crème se déforme, s'écoule et finit par se fracturer, ce qui entraîne la séparation du biscuit en deux morceaux."
Bien que la crème Oreo ne semble pas posséder des propriétés semblables à celles d'un fluide, elle est considérée comme un "fluide à contrainte d'écoulement", c'est-à-dire un solide mou lorsqu'il n'est pas perturbé, mais qui peut commencer à s'écouler sous une contrainte suffisante, comme le font le dentifrice, le givre, certains cosmétiques et le béton.
Curieux de savoir si d'autres personnes avaient exploré le lien entre les Oreos et la rhéologie, Owens a trouvé mention d'une étude de 2016 de l'Université de Princeton dans laquelle des physiciens ont signalé pour la première fois qu'en effet, en tordant des Oreos à la main, la crème se détachait presque toujours sur une seule galette.
"Nous avons voulu nous appuyer sur cette étude pour voir ce qui provoque réellement cet effet et si nous pouvions le contrôler en montant soigneusement les Oreos sur notre rhéomètre", explique-t-elle.
Un biscuit tordu
Dans le cadre d'une expérience qu'ils allaient répéter pour de multiples biscuits aux garnitures et aux saveurs variées, les chercheurs ont collé un Oreo sur les plaques supérieure et inférieure d'un rhéomètre et ont appliqué différents degrés de couple et de rotation angulaire, notant les valeurs qui permettaient de tordre chaque biscuit. Ils ont intégré les mesures dans des équations pour calculer la viscoélasticité ou la fluidité de la crème. Pour chaque expérience, ils ont également noté la "distribution post-mortem" de la crème, c'est-à-dire l'endroit où elle se retrouve après avoir été ouverte par torsion.
En tout, l'équipe a examiné une vingtaine de boîtes d'Oreos, y compris des Oreos ordinaires, Double Stuf et Mega Stuf, ainsi que des Oreos ordinaires, au chocolat noir et des Oreos dorés. Étonnamment, ils ont constaté que, quelle que soit la quantité de crème ou la saveur, la crème se séparait presque toujours sur une seule gaufrette.
"Nous nous attendions à un effet basé sur la taille", explique Owens. "S'il y avait plus de crème entre les couches, elle devrait être plus facile à déformer. Mais ce n'est pas vraiment le cas".
Curieusement, lorsqu'ils ont mis en correspondance le résultat de chaque cookie avec sa position initiale dans la boîte, ils ont remarqué que la crème avait tendance à coller à la gaufrette tournée vers l'intérieur : Les biscuits du côté gauche de la boîte se sont tordus de telle sorte que la crème s'est retrouvée sur la gaufrette de droite, tandis que les biscuits du côté droit se sont séparés avec la crème principalement sur la gaufrette de gauche. Ils soupçonnent que cette répartition dans la boîte peut être le résultat d'effets environnementaux post-fabrication, tels que le chauffage ou les bousculades qui peuvent provoquer un léger décollement de la crème des gaufrettes extérieures, même avant la torsion.
La compréhension acquise à partir des propriétés de la crème Oreo pourrait potentiellement être appliquée à la conception d'autres matériaux fluides complexes.
"Mes fluides d'impression 3D font partie de la même classe de matériaux que la crème Oreo", explique-t-elle. "Ainsi, cette nouvelle compréhension peut m'aider à mieux concevoir l'encre lorsque j'essaie d'imprimer des composants électroniques flexibles à partir d'une bouillie de nanotubes de carbone, car ils se déforment presque exactement de la même manière."
Quant au biscuit lui-même, elle suggère que si l'intérieur des gaufrettes Oreo était plus texturé, la crème pourrait mieux s'accrocher sur les deux côtés et se diviser plus uniformément lorsqu'elle est tordue.
"Dans l'état actuel des choses, nous avons constaté qu'il n'y a pas d'astuce pour tordre les biscuits qui permettrait de diviser la crème de manière égale", conclut Mme Owens.
Cette recherche a été soutenue, en partie, par le programme UROP du MIT et par le National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités du secteur de l'alimentation et des boissons
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie alimentaire et des boissons vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
