La science dans la cuisine

La plupart d'entre nous visitent cet endroit tous les jours. Mais la cuisine ne sert pas uniquement à préparer les repas. "Elle peut être un excellent endroit pour mener des expériences et même faire des découvertes scientifiques", affirme Maciej Lisicki, de la faculté de physique de l'université de Varsovie, coauteur d'une publication dans la prestigieuse revue Reviews of Modern Physics. L'équipe de chercheurs, qui comprend, outre Maciej Lisicki, Arnold Mathijssen de l'université de Pennsylvanie, Endre J.L. Mossige de l'université d'Oslo et Vivek N. Prakash de l'université de Miami, ne se contente pas d'explorer l'histoire de la science alimentaire, mais montre également comment les phénomènes qui se produisent dans la cuisine conduisent à des innovations en biomédecine et en nanotechnologie.

Pandémie de COVID et bulles de champagne

Maciej Lisicki et ses collègues chercheurs ont commencé à travailler sur l'article pendant la pandémie de COVID-19, lorsque de nombreux chercheurs ne pouvaient pas travailler en laboratoire et ont commencé à faire des expériences chez eux. "Au départ, il s'agissait d'un outil pédagogique, étant donné que les cuisines offrent un accès facile à la science - il suffit de quelques casseroles et de quelques ingrédients pour déclencher quelques réactions - mais il s'est rapidement transformé en une réflexion plus scientifique sur l'histoire de l'alimentation lorsque nous avons réalisé à quel point les deux domaines étaient liés", explique Arnold Mathijssen.

L'équipe de chercheurs a construit les résultats de ses travaux sous la forme d'un menu. La "dégustation" commence par la physique des boissons et des cocktails, se poursuit par les plats principaux et se termine par le café et les desserts, dont la préparation est également basée sur l'utilisation intuitive des lois de la nature.

Comme dans toute bonne fête, tout commence par l'ouverture d'une bouteille de champagne. Après un "pop" caractéristique, on observe la formation d'un brouillard autour du goulot de la bouteille. - Ce phénomène est associé à un changement rapide de pression. À l'intérieur de la bouteille, elle atteint presque cinq atmosphères, mais lorsque la bouteille est ouverte, elle tombe à une atmosphère. "L'expansion s'accompagne d'une baisse de température, qui provoque le gel de la vapeur d'eau qui s'accumule près du goulot de la bouteille et la condensation du dioxyde de carbone qui s'en échappe", explique Maciej Lisicki.

Dans leur article, les chercheurs s'intéressent également aux bulles, qui donnent aux vins mousseux leur saveur unique. "Les bulles qui circulent forcent le transport du liquide dans le verre et facilitent ainsi la libération et la diffusion des notes aromatiques et des saveurs", ajoute le chercheur. Dans la section du document consacrée aux boissons et aux cocktails, nous apprendrons également ce qui rend la mousse de la bière si épaisse et stable, pourquoi les boissons anisées comme le rakija et l'ouzo se troublent lorsqu'on y ajoute suffisamment d'eau (le phénomène est même appelé "effet ouzo"), et ce que sont les "larmes de vin".

Quand l'eau surfe sur la casserole

Passant au plat principal, les scientifiques expliquent le rôle de la chaleur et son effet sur les textures, les arômes et les saveurs des aliments. Ils décrivent notamment l'effet Leidenfrost, selon lequel une goutte de liquide placée sur une surface très chaude forme une couche de vapeur isolante qui empêche une ébullition rapide. Les gouttes d'eau jetées sur la poêle "surfent" et rebondissent même sur la surface, au lieu de s'évaporer immédiatement", explique Lisicki.

Une température adéquate est cruciale pour la préparation de nombreux aliments. "Il n'est pas nécessaire d'être titulaire d'un doctorat en physique pour faire frire un steak parfait. Tout le monde sait qu'il faut saisir rapidement la viande dans une poêle suffisamment chaude. Ainsi, les protéines à la surface du steak coagulent et l'humidité reste à l'intérieur", explique le chercheur.

Un doctorat en vaisselle

Le texte contient également des exemples de découvertes scientifiques que des chercheurs ont faites sans quitter leur cuisine. L'une d'entre elles est liée à la biographie d'Agnes Pockels.

"Son histoire parle de l'inégalité dans la science. Elle était une femme dans l'Allemagne de la fin du 19e siècle et n'était donc pas autorisée à suivre une formation universitaire, ce qui rendait difficile la soumission de ses recherches à des revues", explique Mme Mathijssen.

Tenant le ménage de ses parents et passant beaucoup de temps dans la cuisine, elle a rapidement commencé à y faire des expériences. "Observant la formation de mousse et de films à la surface de la vaisselle sale, elle est la première à décrire le phénomène de la tension superficielle et à mettre au point un instrument pour la mesurer. Dans un premier temps, les revues scientifiques hésitent à publier les résultats de ses expériences en raison de son manque de formation formelle et d'affiliation avec le personnel universitaire. Son premier article a été publié par Lord Rayleigh dans Nature et a contribué à la compréhension des effets de surface dans les liquides. Agnes Pockels est alors devenue célèbre et respectée, et tous ses travaux ultérieurs ont été publiés dans des revues de haut niveau. Cet exemple montre qu'il est possible de devenir un scientifique respecté sans quitter son pays", note Maciej Lisicki.

Sauce salade contre nano-ingénierie

La recherche en mécanique des fluides peut contribuer à améliorer les technologies de transformation des aliments et trouver des applications dans d'autres domaines tels que la nano-ingénierie et la médecine. "Dans une étude antérieure ("Rechargeable self-assembled droplet microswimmers driven by surface phase transitions", publiée dans Nature Physics) menée par mon équipe, nous avons utilisé une émulsion simple qui est à la base des vinaigrettes - de l'huile avec de l'eau. Nous avons pu faire en sorte que des gouttelettes d'une telle émulsion, avec l'ajout d'un surfactant, forment des vrilles sous l'effet de la température et se déplacent comme des bactéries. Cette microfluidique non toxique et biocompatible pourrait être utilisée à l'avenir, par exemple, pour administrer avec précision des médicaments n'importe où dans notre corps", explique M. Lisicki.

L'étude souligne également l'applicabilité de ces technologies dans des domaines tels que la sécurité alimentaire et le contrôle de la qualité. En déployant des dispositifs capables de détecter les agents pathogènes ou les toxines d'origine alimentaire grâce aux principes de la dynamique des fluides, la communauté scientifique peut contribuer de manière significative à la santé publique.

Un autre aspect clé de leur étude est l'impact potentiel qu'elle pourrait avoir sur les décisions politiques, en particulier celles liées à la durabilité environnementale et à la sécurité alimentaire. Les auteurs soulignent l'importance des politiques fondées sur la science, en se référant par exemple à l'interdiction annoncée par l'UE des revêtements antiadhésifs à base de PFAS d'ici à 2030. Grâce à la compréhension scientifique offerte par des études comme celles-ci, les décideurs politiques peuvent prendre des décisions éclairées pour favoriser un avenir alimentaire plus durable et plus sûr.

"Les flux de cuisine nous montrent que des problèmes scientifiques importants sont à notre portée et qu'il n'est pas toujours nécessaire d'avoir recours à la technologie spatiale pour les explorer. D'autre part, plus d'une technologie cosmique est née de l'inspiration de phénomènes quotidiens. La cuisine peut donc nous divertir, mais aussi nous enseigner, en l'occurrence la physique. C'est pourquoi cela vaut la peine d'essayer de libérer sa curiosité et d'expérimenter !" ajoute Lisicki.