Les prix des grains d'arabica, essence du café, ont explosé ces dernières années à cause de conditions météorologiques défavorables. Des physiciens se demandent si une meilleure extraction pourrait réduire la quantité de café nécessaire sans altérer la qualité.
Pour mesurer l'impact des variables sur le goût, l'équipe a enregistré la température, le poids, la taille de la mouture et le temps d'extraction de chaque infusion.
Crédit: Ernest Park
Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont étudié la dynamique des fluides lors de l'infusion du café. Leur objectif était d'optimiser l'extraction des arômes en utilisant moins de grains. L'équipe a combiné des mesures précises et des analyses à haute vitesse pour observer les mouvements invisibles à l'œil nu.
L'étude, publiée dans
Physics of Fluids, révèle que la hauteur de versement de l'eau influence l'efficacité de l'extraction. Un jet d'eau versé d'une certaine hauteur crée des 'avalanches miniatures' qui mélangent mieux les grains avec l'eau. Cette agitation accrue permet d'extraire plus de saveurs avec moins de café.
Les scientifiques ont remplacé le café par des particules de gel de silice transparentes pour visualiser le processus. Un laser et une caméra haute vitesse ont capturé la pénétration de l'eau dans le lit de particules. Ces observations ont montré qu'un écoulement laminaire, obtenu avec une bouilloire à bec, optimise l'extraction.
Les expériences avec de vrais grains de café ont confirmé que la hauteur de versement affecte la force du café. Un jet plus épais et versé de plus haut produit un café plus fort, tandis qu'un jet plus fin maintient une extraction indépendante de la hauteur.
Dans le laboratoire d'Arnold Mathijssen, les chercheurs ont utilisé une bouilloire à bec, un moulin à café et une méthode de filtration pour étudier la dynamique des fluides lors de l'infusion.
Crédit: Ernest Park
Les implications de cette recherche dépassent la cuisine. Les principes découverts s'appliquent à l'érosion des roches sous les chutes d'eau ou au traitement des eaux usées. L'étude du café ouvre ainsi des perspectives sur des phénomènes naturels et industriels complexes.
L'équipe continue d'explorer ces dynamiques fluides dans d'autres contextes, comme le nettoyage des biofilms sur les dispositifs médicaux. Ces recherches illustrent comment des études apparemment simples peuvent révéler des mécanismes universels.
Comment la hauteur de versement influence-t-elle l'extraction du café ?
La hauteur à laquelle l'eau est versée sur les grains de café joue un rôle crucial dans l'extraction des arômes. Un jet d'eau versé d'une certaine hauteur crée une agitation suffisante pour mélanger efficacement l'eau et les grains, augmentant ainsi la surface de contact entre eux.
Cet effet, appelé 'avalanche miniature', est dû à l'énergie cinétique du jet d'eau. Lorsque l'eau tombe d'une hauteur suffisante, elle pénètre plus profondément dans le lit de café, entraînant une extraction plus uniforme et complète des composés aromatiques.
Cependant, verser l'eau de trop haut peut avoir l'effet inverse. Le jet se brise en gouttelettes, introduisant de l'air dans le mélange et réduisant l'efficacité de l'extraction. Il est donc essentiel de trouver un équilibre pour optimiser le processus.
Cette découverte montre que des ajustements simples dans la technique de préparation peuvent significativement améliorer la qualité du café tout en réduisant la quantité de grains nécessaires.
Qu'est-ce que l'écoulement laminaire et pourquoi est-il important pour le café ?
L'écoulement laminaire désigne un mouvement fluide où les particules se déplacent en couches parallèles sans mélange turbulent. Un écoulement laminaire permet à l'eau de traverser uniformément le lit de grains de café, maximisant l'extraction des arômes.
Une bouilloire à bec est souvent utilisée pour obtenir cet écoulement. Son bec étroit et allongé permet de contrôler précisément la direction et la vitesse du jet d'eau, favorisant ainsi un contact optimal entre l'eau et les grains de café.
À l'inverse, un écoulement turbulent, causé par un versement irrégulier ou trop rapide, peut entraîner une extraction inégale. Certaines parties du café seront trop extraites, donnant un goût amer, tandis que d'autres seront sous-extraites, manquant de saveur.
Comprendre et maîtriser l'écoulement laminaire est donc essentiel pour préparer un café de qualité constante, tout en économisant les précieux grains d'arabica.