Comprendre la chaleur dans la cuisine

Que savez vous exactement sur la chaleur, concept essentiel en cuisine? De quoi s'agit-il réellement?

La réponse naive serait 'ben... je sais quand il fait chaud et qu'il fait froid.....'

La réalité est un peu plus élaborée que cela. La notion de chaud et de froid est subjective, et la  température n'est qu'une mesure de la quantité d'énergie présente dans la matière. Et la matière, l'énergie et la chaleur sont intimement liées comme nous allons voir.





Posons  nous les questions suivantes:

• Comment se fait-il que je sais laisser ma main dans un four à 250°c pendant plusieurs secondes, alors que si je trempe ma main dans une friteuse à 180° ne fut-ce qu'une fraction de seconde, je serais gravement brulé?
• Pourquoi mes saucisses cuites sur un barbecue sont-elles brulées à l'extérieur mais crues à l'intérieur?
• Comment se fait-il qu'une sauce épaissse aura tendance a bruler au fond de la casserole, mais pas une soupe?
• Pourquoi la cuisson à un four à vapeur ou a air pulsé est elle plus efficace qu'un four traditionnel?
• Comment se fait-il qu'un steak cuit mieux dans un type de poêle plutot qu'une autre?

La science de la chaleur et la révolution industrielle sont intemement liés, cette révolution fut possible en grande partie à l'invention de la machine a vapeur, améliorée par James Watt en 1775

La machine à vapeur est une invention révolutionnaire fondamentale car cette machine est une des premières inventions humaines qui convertissent de la matière (carburant) en travail  par l'action de la chaleur et de la vapeur d'eau.  Afin d'améliorer le fonctionnement et le rendement de ces machines, une nouvelle discipline scientifique s'est développée,  appelée 'Thermodynamique', qui est en grande lignes l'étude et la compréhension de la relation entre la matière la chaleur, et le travail.

Auparavant, la chaleur et le feu étaient considéres comme des éléments quasi mystiques, voire un des éléments fondamentaux (air,terre, eau, feu..). Des personnages historiques tels que Joule, Lavoisier, Carnot, Boyle et Gay-Lussac ont étudié la chaleur et son comportement, et son effet sur les machines à vapeur.

Je vais abbréger les math et l'histoire de la science et résumer les points importants.

• En 1824 Sadi Carnot a fait le lien entre l'utilisation de chaleur pour entrainer des machines, qui réalisent un certain travail, et qui fut comparé a la quantité de travail qu'un cheval de trait de l'époque était capable de réaliser. La notion de Cheval-Vapeur est née, et est toujours bien présente chez les vendeurs de voitures (alors que l'unité moderne devrait être le kilowatt...)
• En 1843, Joule définit l'équivalence mécanique de la chaleur
• En 1849, le physicien William Thomson définit le terme de thermodynamique dans une publication sur l'efficience des machines à vapeur.

Qu'est-ce que la chaleur alors?

Premier principe, la chaleur n'est  simplement pas la température d'un objet!!! La définition simpliste est que la chaleur d'un object est représentée par la combinaison de la masse et de la température de cet objet.

La chaleur peut également être définiée comme la quantité d'energie potentielle, ou enthalpie, contenue dans un objet, mais est plus souvent définie  comme la quantité d'énergie transmise d'un corps ou d'un systeme thermodynamique vers un autre, chaleur qui est transmise ou générée par conduction, radiation, réaction chimique, friction, viscosité et fission/fusion nucléaire.

La chaleur est toujours transmise d'un corps 'chaud' vers un corps 'moins chaud' (et non pas plus froid, car le 'froid' en temps que tel n'existe pas!!-)

D'autres définitions existent: transfer d'énergie d'un système à haute température vers un système à plus basse température, tout transfert d'énergie d'un système vers un autre causé par une différence de température.

La chaleur peut est générée par:

• Une réaction chimique. Une flamme de gaz est en réalité une réaction chimique de combustion qui libère de la chaleur, de même que l'explosion de vapeur d'essence dans le moteur de votre voiture.
• Friction:  frottez deux morceaux de bois et après un certain temps la chaleur générée par la friction déclenchera une combustion. Les freins de votre voiture transforment l'énergie du mouvement en chaleur, et certains appareils de cuisson utilisent la friction comme source de chaleur.
• Resistance à un courant électrique, comme dans la plupart des appareils électroménagers, des fours électriques. Un courant electrique appliqué dans un liquide peut également dégager de la chaleur (chauffage ohmique)
• Induction par un champ electromagnétique magnétique: de l'énergie electromagnetique à haute fréquence est fournie à un métal conducteur, ce métal va dissipper cette énergie sous forme de chaleur (taques à induction). Dans cette application le fond de la marmite génère la chaleur, plutot qu'une résistance placée en dessous.
• Fission et fusion nucléaire. Très important en gastronomie!!! Comme l'a dit Albert Einstein, l'énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré (E=mc²). Notre brave étoile "soleil" est en fait un gigantesque réacteur nucléaire, et sans ses rayons, il n'y aurait pas de vie sur terre, pas de plantes, d'animaux, et donc pas de gastronomie

Ensuite la chaleur se transmet par :

• Conduction : l'énergie passe d'un corps à un autre, par contact entre ces corps. Par exemple, un steak sur une plancha.
• Convection : un corps qui se déplace emmène avec lui l'énergie qu'il contient. La quantité d'énergie ainsi transportée peut être importante, notamment dans le cas d'un changement de phase. Exemple: la friteuse, la marmite pour bouillir les patates,...
• Rayonnement (radiation) : tous les corps émettent de la lumière, en fonction de leur température, et sont eux-mêmes chauffés par la lumière qu'ils absorbent. Exemple: un grill (un barbecue par contre a une partie de convection car de l'air chaud circule).

La transmission d'énergie la plus répandue est par radiation. Pensez au soleil qui nous chauffe avec ses rayons (voire nous donne de sérieuses brûlures dans certains cas).

L'energie sous forme de radiation n'a pas besoin de matière pour se propager. Les rayons du soleil traversent le vide avant d'atteindre notre planete, et  les gaz sont généralement transparents à la radiation, par contre les liquides absorbent bien la chaleur irradiée. Typiquement cette radiation est dans la plage des rayons infrarouges, comme ceux émis par les lampes qui servent à garder les assiettes chaudes. La quantité d'énergie solaire recue à la surface de la terre au niveau de la mer est d'approximativement 1000 Watt/m², dont 527 Watt sont de la radiation infrarouge, donc de la chaleur. Le fait de concentrer ce rayonnement avec une loupe va augmenter la densité d'énergie par m² d'un facteur d'approximativement 250 fois, ce qui permet - entre autres - d'allumer un feu (ou d'enquiquiner des fourmis...).

Les solides sont opaques, et absorbent la lumière ainsi que la radiation thermique, mais tout solide à temprature supérieure à 0°K (le zero absolu, approximativement -273.15°) émet spontanément de la radiation thermique.

Les thermomètres 'laser' modernes se basent sur ce rayonnement pour mesurer la température d'un corps, cependant  le type de surface du solide peut influencer la mesure de la température. En effet un corps noir absorbera la radiation thermique et ré-émettra une quantité constante, par contre un corps réfléchissant tel que de couleur blanche va refléchir une partie de la radiation qu'il recoit, et le thermometre laser pourrait indiquer une température plus élevée que la température réelle de l'objet. Sachez également qu'un thermometre laser ne mesure que la chaleur emise par radiation, pas la température à coeur! Un roti pourrait avoir une température en surface de 150° mais une température à coeur de 60°.

La transmission par convection se fait par la transmission de chaleur d'un corps chaud via un fluide, qui peut être un liquide ou un gaz. La cuisson dans une friteuse est un excellent exemple transfert par  convection. Cette convection sera influencée par la vitesse de circulation du fluide, sa viscosité, sa capacité à former une résistance convective, qui est  une couche de fluide statique directement en contact avec le corps chaud.

Par exemple un pullover est une forme de résistance convective, qui maintient une couche d'air chaud autour de votre thorax et empèche le refroidissement de votre corps.  Une pièce de viande dans un four va former une minuscule couche de vapeur d'air autour de sa surface, qui va également former une résistance convective. Le fait de forcer la circulation d'air dans le four avec un ventilateur (four à chaleur tournante, air pulsé,...) va briser cette couche de vapeur, et permettre une meilleure absorbtion de la chaleur. Le phénomène inverse se passe lorsque vous soufflez sur une cuiller de soupe trop chaude avant de la mettre en bouche.

L'exemple le plus spectaculaire de résistance convective est l'effet Leidenfrost. Vous avez probablement déjà remarqué qu'une goutte d'eau sur une plaque très chaude ne s'évapore pas immédiatement, et semble flotter sur la surface chaude. Ce phénomène est du au fait qu'une petite partie de la goutte d'eau s'évapore et forme une couche de vapeur isolant temporairement le restant de la goutte de la plaque chaude.

La meilleure démonstration de ce effet est sur cette vidéo, ou une boule de métal est chauffée à blanc puis plongée dans un liquide. On peut voir clairement la bulle de vapeur protective se former autour de la sphère de métal, puis se rompre après un certain temps.

La transmission de chaleur par conduction se fait lorsque deux corps à température différente sont en contact, le plus chaud va transmettre sa chaleur à l'autre jusqu'au moment ou la temperature des deux corps est identique. Ce qui explique que ma compagne a toujours froid.....

En cuisine, on utilise généralement un mélange de plusieurs méthodes de transmission de chaleur. Un steak dans une poêle va cuire en partie par transmission de chaleur par conduction, et en partie par convection de la matière grasse dans la poêle. Sous un grill ou une rotisserie, nous aurons principalement du rayonnement, mais par contre pour un barbecue,  la chaleur sera transmise en partie par rayonnement des braises et en partie par convection d'un flux d'air chaud.

Calories, Celsius et Fahrenheit

Dans un message précédent, j'avais évoqué l'héresie de l'utilisation des calories dans l'alimentation. Dans le domaine de la thermodynamique, la calorie est originellement une valeur arbitraire attribuée à la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'un kilo (un litre) d'eau de 14°c à 15°c (pour être précis, la calorie-kilo). Le problème avec cette unité est qu'elle ne s'intègre pas bien avec les autres unités scientifiques, ce pourquoi elle a été remplacée par le Joule, et une calorie kilo equivaut à 4184 Joules (ou 0,001612 kW/h)

L'eau, étant une substance fort répandue sur notre planète a été choisie par facilité pour arbitrairement définir  les points de référence des degrés celsius, pour mémoire, la glace fond à 0°c, et l'eau bout à 100°c. Fahrenheit a par contre utilisé 32°F comme référence pour la fusion de la glace, et 212° pour l'ébullition, la logique sous jacente étant qu'il y a exactement 180° entre les deux, et de ce fait ne  nécessitera pas (ou moins) de décimales. Hormis les USA, le reste du monde utilise les degrés Celsius comme mesure de la température. Le degré Kelvin est identique au Celsius, mais le point de référence de 0°K est le zero absolu et correspond à -272°c.

Matière et chaleur

Chaque substance a un comportement spécifique à la chaleur. Un kilo d'eau à 14°c requiert 4184 joules d'énergie calorique pour que sa  température agmente de un degré C. Par contre, un kilo d'huile n'aura besoin que d'approximativement 2000 joules  pour une élévation de température similaire, le cuivre 385 joules, et  l'or seulement 129 joules. Frottez une bague en or sur un tissu et vous constaterez que la chaleur venant de la friction est transmise très rapidement.

Cette quantité d'énergie s'appelle chaleur spécifique ou capacité thermique massique, et est déterminée par la quantité d'énergie à apporter par échange thermique pour élever d'un degré kelvin ou celsius la température de l'unité de masse d'une substance.

L'unité du système international est alors le joule par kilogramme-kelvin (J·kg-1·K-1).

Maintenant faisons une autre petite expérience. Prenez une casserole d'eau et faites la bouillir. Mesurez la température de l'eau, et vous constaterez qu'elle est proche de 100°c. Vous pouvez mettre la source de chaleur à sa puissance maximale, et la température de l'eau ...restera à 100°.

Pourquoi?

La matière existe sous trois etats (ou phasese) principaux: solide, liquide et gazeux. Dans chacun de ces états ces matières ont une chaleur spécifique, cependant pour pouvoir passer d'un état à un l'autre, la matière va soit absorber soit libérer de l'énergie, connue sous le nom de chaleur latente. Pour passer de la phase liquide à la phase gazeuse à la même température, un litre d'eau nécessitera un apport de 2.260.000 Joules, qui comme vous pouvez comprendre est une quantité de chaleur non négligible comparé à la chaleur spécifique. Par contre pour passer de la phase solide (glace) à la phase liquide (eau) il ne faut "que" 334.000 joules, approximativement 7 fois moins. Ce qui semble être une énorme consommation d'énergie est cependant ce qui permet de bouillir les patates: si l'eau se vaporisait immédiatement à 100°, il ne serait pas possible de garder un fluide chaud pour poursuivre la cuisson.

Dans le phénomène inverse, à savoir la condensation, la vapeur d'eau va libérer la même quantité d'énergie sous forme de chaleur, ce qui fait qu'un four à vapeur est plus efficient pour certaines cuissons qu'un four traditionnel. En se condensant  sur la surface des aliments, la vapeur va transférer plus de chaleur que par la convection ou radiation d'un four classique ( il s'agit de "quantité de chaleur" et pas de température!)
D'autre part, ne confondez pas cuisson à la vapeur, et cuisson sous pression, qui se basent sur d'autres phénomènes physiques, j'y reviendrais plus tard.

Un autre exemple pratique d'utilisation de la chaleur latente est  ces petites pochettes chauffantes qui contiennent un liquide, et qui suite à la pression d'un cliquet en métal va libérer de la chaleur et se solidifier. Cette pochette peut être 'rechargée' en la plongeant dans de l'eau bouillante quelques minutes.
Le principe est identique, ces pochettes contiennent une solution supersaturée d'acetate de sodium, qui après une perturbation va rapidement cristalliser et libérer la chaleur latente absorbée lors de la dissolution des cristaux.


Pourquoi mettre un couvercle sur une marmite
Notre casserole d'eau en ébullition va dégager de la vapeur, qui contient une quantité importante de chaleur latente. La vapeur, comme tout gaz va naturellement se disperser dans l'atmosphère ambiante, et en se condansant va dissiper sa chaleur. (Au fait, le nuage blanc au dessus de la casserole n'est déjà plus de la vapeur, mais de microscopique gouttelettes d'eau flottant dans l'air, comme dans le cas d'un nuage ou de brouillard). Le fait de garder cette vapeur dans l'environnement de la casserole avec un couvercle va limiter la perte de chaleur, et concentrer son utilisation sur la cuisson des aliments plutot que de réchauffer l'atmosphère.

Si vous avez un couvercle de marmite transparent, faites l'expérience suivante: règlez la puissance de la source de chaleur pour que votre appareil cuise à petits bouillons, voire frémisse lorsque le couvercle est sur la marmite. Ensuite, enlevez le couvercle et vous observerez qu'après quelques secondes  l'appareil ne bout plus, car la chaleur de la vapeur se dissipera, la quantité totale de chaleur du 'système' marmite diminue et l'ebulition ralentit, voire stoppe..

Conductivité et isolation
Vous avez certainement constaté que différente matières conduisent ou absorbent la chaleur de différente facon. Ainsi, le bois ne conduit pas bien la chaleur, et est souvent utilisé pour faire des poignées isolantes. Par contre le cuivre et l'aluminium conduisent très rapidement la chaleur.
La conductivité thermique des matières est exprimée en Watt par Metre par degré K, représentant la quantité d'énergie à fournir pour mesurer une différence de 1°K sur une longueur particulière.

Pour quelques matières voici leur conductivité: (à 20°c de référence)

Acier inox:  15-20
Acier au carbone 55
Aluminium: 237
Air: 0,0262
Argent: 418
Bois: 0,20 (moyenne)
Cuivre : 390
Diamant: 1000 à 2600
Eau: 0,6
Fonte: 55-60
Laine: 0,05
Or: 317
Verre: 1,2

Donc selon ces chiffres, l'air est la pire matière pour transférer de la chaleur et la meilleure matière serait le diamant... Cela risque de faire cher pour une marmite. L'argent, l'or et le cuivre sont les candidats suivants, suivis de l'aluminium. L'argent et l'or étant trop fragiles (et trop chers) fait qu'ils sont rarement utilisés pour fabriquer des instruments de cuisine. Par contre le cuivre et l'aluminium sont fort utilisés en cuisine.

L'air est un bon isolant, et un linge - constitué en grande partie d'air entouré de matériau isolant- vous permettra de prendre un plat hors du four sans vous bruler. Mais si votre linge est humide, il conduira la chaleur trente fois plus que si il est sec, et vous vous brulerez. Je parle d'expérience, gardez toujours un essuie sec à portée de main.


Et la fonte dans tout cela
La fonte n'est pas un très bon conducteur de chaleur (mais quand même supérieur à l'inox) et a une capacité thermique assez élevée, donc il faudra fournir beaucoup de chaleur pour chauffer une casserole en fonte, mais en contrepartie elle accumulera cette chaleur et la diffusera plus lentement qu'avec des accessoires en alu ou en cuivre. Une cocotte en fonte est idéale pour mijoter lentement un plat braisé à température stable, ou pour un grill pour cuire un steak. Par contre pour une technique de cuisson demandant des coups de feu contrôlés, elle chauffera et refroidira trop lentement. Dans ce cas, le cuivre est idéal, suivi de près par l'aluminium.



De l'impact de la chaleur latente de l'eau sur la cuisson d'un steak
Prenons un corps froid - un steak - et un corps très chaud - une poele ou un grill et mettons les en contact. La poele grill, chauffée à sec aura une température d'approximativement 300°c, et le steak, selon qu'il sort du frigo ou a eu l'opportunité de se mettre à température ambiante aura une température allant de 4°c à 20°c.

Cela semble simple, mais plusieurs choses vont se passer simultanément, qui vont soit contribuer à produire un steak parfait, soit produire des semelles.....  Selon la préférence de cuisson la température à coeur du steak devra se trouver entre 40° (bleu) et 72° (quasi trop cuit). (pour une référence des températures idéales cliquer ici)

Mais bien que constitué en grande partie d'eau une pièce de viande n'aura pas le même  comportement que de l'eau à la cuisson. Les autres constituants majeurs de la viande sont principalement trois protéines, la myosine, la myoglobine et le collagène. Les deux premières protéines constituent les fibres musculaires et sont assez tendres, tandis que le collagène est plus coriace et constitue la charpente qui tient les fibres musculaires ensemble.

Le collagène se comporte différemment de la myosine et de la myoglobine, et effet il se contracte plus  rapidement à la chaleur (a partir de 65°C), et requiert une durée de cuisson assez longue pour s'attendrir et se transformer en gélatine. (dans le cas de la chair de poisson le collagène commence à se contracter à 32°c)

Revenons à notre steak. La surface extérieure de la viande va commencer à brunir par l'effet de la réaction de Maillard, et donner ce gout caractéristique. Par contre, en même temps, le collagène va se contracter et comme une éponge que l'on presse, forcer l'eau hors de la pièce de viande. Cette eau va se retrouver dans votre poêle et idéalement s'évaporera directement au contact du métal chaud, ce qui donne ce bruit caractéristique lors de la cuisson.

Maintenant évaluons un scénario catastrophe: comment rater la cuisson d'un steak

• Vous prenez une poêle  bon marché et très fine en aluminium antiadhésive, couverte de téflon  
• Comme on vous a toujours dit, il ne faut pas chauffer ce genre de poêle trop fort, car ca peut ne pas être bon pour la santé, le teflon risque de bruler, et l'aluminium donne la maladie d'Alzheimer, blah blah blah...
• Comme on vous a aussi toujours dit, la matière grasse c'est pas bon pour la santé, donc vous mettez une toute petit goutte d'huile dans la poêle
• Ensuite vous déposez gentiment trois steaks dans la poele, et laisser cuire tout doucement, pendant dix minutes. . 
• Résultat: du steak gris, dur comme une semelle et sans gout...

Pourquoi?

• Tout d'abord, la poele n'est pas assez chaude, ou il n'y a pas assez de matière grasse pour conduire la chaleur par convection
• Ensuite, la poele, étant faite d'une fine couche d'aluminium transmettant bien la chaleur, refroidira rapidement au contact du steak. Comme l'aluminium n'a pas suffisamment de capacité thermique, la seule source de chaleur pour la cuisson vient du bec de gaz ou de l'élément chauffant de votre cuisinière
• Le collagène commence à se contracter, et chasse l'eau de la viande, qui rentre en contact avec une poele trop froide pour l'évaporer (surtout vu que vous avez mis trois steaks dans cette petite poele...)
• Le fond de votre poele est maintenant couvert d'une couche d'eau, qui va bouillir à 100°, et nécessitera une quantitié de chaleur énorme pour s'évaporer (chaleur latente). Pendant ce temps, la viande continue à durcir, et ne se colore pas

Que faire alors?

• Utilisez l'équipement adéquat. Prenez une poele ou un grill dont la taille est de 20 à 30 % supérieure à la ou les pièces que vous voulez cuire
• Préférez une bonne poèle en acier ou en fonte. D'accord, elles sont lourdes et peu sexy, mais accumuleront suffisamment de chaleur pour une cuisson correcte
• Ne mettez pas trop de viande dans votre poele. Il est préférable de marquer les morceaux à la poele puis de les terminer au four que de vouloir faire tout en une opération
• Et surtout, choisissez un bon morceau de viande. Mais cela fera le sujet d'un autre article

Pour plus de déatils sur la cuisson d'un steak lisez ceci  http://cuisinederic.blogspot.com/2011/05/cuisson-dun-steak-la-poele.html


Cuisson sous pression
La cuisson sous pression n'est pas nécessairement de la cuisson à la vapeur, et vice versa. Nous avons vu ci dessus que l'eau bout à 100°c, mais à pression atmosphérique standard de 1 atmosphère . En effet, en altitude la pression atmosphérique diminue et  l'eau va bouillir à une température inférieure. à une altitude de 1000m, la température d'ébullition sera de 96.8°c, à 2000m de 93.3°c, et au sommet de l'Himalaya, vers 8000M ne sera plus que de 75.5°c.

Ce phénomène est décrit par la loi des gas parfaits, qui dans son essence spécifie que la pression fois le volume est égale à la masse de gaz fois la température fois une constante, selon la formule ci dessous:

PV=nRT

Ce qui signifie pour le commun des mortels que:

• Si la pression augmente, à température constante le volume diminue
• Si la pression diminue, à température constante le volume augmente
• Si la pression augmente, à volume constant, la température augmente
• Si la pression diminue, à volume constant, la température diminue

Ce phénomène a été mis en application en 1893 par un certain Rudolf Diesel, le moteur qui porte son nom a fait de lui un miliionnaire, et est basé sur le fait qu'en augmentant la pression d'un gaz il est possible d'obtenir une température suffisante pour permettre l'explosion d'un carburant.

Revenons en à la cuisine. Si nous augmentons la pression dans un récipient alors la température de ce récipient augmente, ce qui permettra d'obtenir un point d'ébullition de l'eau plus élevé, et donc une cuisson plus rapide.
La plupart des cocottes pression sont fabriquées pour cuire à une pression de 1.03 bar, ce qui amène le point d'ébullition de l'eau à 121°c.

Quel est alors l'avantage de la cuisson sous pression?

• La température de cuisson est plus élevée, donc le temps de cuisson est réduit et le besoin en énergie diminue
• La vapeur reste en grande partie dans la cocotte, donc peu de perte de chaleur, et apport en chaleur moindre

Et dans l'autre sens: la réfrigération

Il n'existe pas d'unités de froid. La température 'commence' au zero absolu, et monte en fonction de la quantité de chaleur apportée/générée dans un système. Vouloir dire qu'il y a des unités de froid, c'est comme de vouloir définir des unités de 'vide' dans une bouteille de vin. (Et également la "calorie négative" est un mythe)
Comme expliqué plus haut, la notion de chaleur  est fonction de la masse du système et de sa température. Je me permet un léger sourire quand je lis dans des livres de cuisine professionels des phrases comme "La pièce cède alors une grande quantité de froid et voit ainsi sa température augmenter".

Si on apporte de la chaleur à un système, la température augmente. Par radiation le système va diffuser naturellement une partie de sa chaleur et refroidir, et si ce système est mis en contact avec un autre système à température inférieure (incorrectement appelé plus froid ) il va transmettre sa chaleur jusqu'a ce que les deux sytèmes soient en équilibre. Il n'y a pas de "froid" et on ne sait pas apporter du froid, la notion de froid est purement une sensation animale.

Revenons au concept de chaleur latente. Pour passer d'un état à un autre, la matière requiert une certaine quantité de chaleur, appelée chaleur latente. Un glacon au surgélateur est à une température approximative de -18°c, et refroidira une boisson en absorbant une partie de sa chaleur, puis en fondant. En effet, l'eau a aussi une chaleur latente de fusion, de fusion de 335kJ/Kg, qui est bien inférieure a la chaleur latente d'évaporation.  En vous épargnant les math, il suffit d'une part de glace à 0° pour refroidir 3 parts d'eau de  20° à 0°C.

Pourquoi transpirons nous?

Comme vous l'aurez certainement constaté, une flaque d'eau sur le sol va progressivement s'évaporer. Ensuie, pour passer de l'état liquide à gazeux, l'eau aura besoin d'une certaine quantité de chaleur, dans le cas de la flaque, cette chaleur viendra du rayonnement solaire, ou de la température ambiante.
Sortez d'une piscine, et si vous ne vous essuyez pas vous aurez rapidement froid, car l'eau sur votre corps va en s'évaporant voler une partie de la chaleur de votre corps. L'organisme humain produit de la chaleur en travaillant, et lorsque vous faites un exrcice physique ou que la température ambiante est trop élevée votre corps va éliminer cette chaleur superflue en produisant une pellicule d'eau sur votre corps qui, en s'évaporant, va éliminer l'excès de chaleur.

Le même principe est d'application pour quasi tous les liquides.Quand vous remplissez un siphon avec un cartouche de gaz, vous aurez certainement remarqué que la cartouche de gaz vide est couverte d'une pellicule de givre. Deux choses se sont passées: en passant de l'état liquide à l'état gazeux, l'oxide d'azote de la cartouche a absorbé de la chaleur de son environnement, et en passant de haute pression (dans la cartouche) a plus basse pression dans le syphon, selon la loi des gaz parfaits, le volume a augmenté donc la température diminue.

D'autre part, comme dans le moteur diesel si on augmente la pression d'un système, on augmentera sa température, et corollairement on peut comprimer un gaz et le faire passer en phase liquide.

La combinaison de ces deux phénomènes permet de réaliser un appareillage connu génériquement sous le nom de 'pompe à chaleur'. D'un coté nous trouverons un compresseur qui comprime et liquéfie un gaz, et libére de la chaleur, et de l'autre coté nous trouverons un évaporateur qui comme son nom l'indique laisser le gaz liquéfié se transformer en gaz, et absorbera de la chaleur.

Il existe d'autres noms pour ce genre d'appareils, tels que refrigérateur, surgélateur, conditionement d'air,.... mais nous sortons du sujet.

Bien sur, il existe d'autres moyens plus modernes de générer de la chaleur en cuisine, tels que micro-ondes, induction et chauffage ohmique et mais cela fera probablement un article futur.

Ah oui, avant de conclure, la réponse aux questions en début d'article

Comment se fait-il que je peux laisser ma main dans un four à 250°c pendant plusieurs secondes, alors que si je trempe ma main dans une friteuse à 180° ne fut-ce qu'une fraction de seconde, je serais gravement brulé

L'air est un mauvais conducteur de la chaleur, et dans un four le transfer de chaleur se fait partiellement par rayonnement et partiellement par convection d'air chaud. Par contre l'huile, comme la plupart des liquides, transmet efficacement la chaleur. Et puis les frites à l'américaine faites dans un four ne sont pas des vraies frites! (mais de grace ne plongez jamais vos mains dans une friteuse, sinon votre surnom deviendra  l'homme homard )

Pourquoi mes saucisses cuites sur un barbecue sont-elles brulées à l'extérieur mais crues à l'intérieur

Le barbecue rayonne de la chaleur et force une convection d'air très chaud. Il faudra un certain temps pour que cette chaleur pénètre jusqu'au coeur de la saucisse, qui est fonction de la conductivité thermique de la chair à saucisse, mais entretemps la paroi extérieure de la saucisse peut bruler car la quantité de chaleur fournie est excessive, et les graisses s'échappant des saucisses peuvent bruler et laisser un dépot noir (et pas bon pour la santé...)

Comment se fait-il qu'une sauce épaissse aura tendance a bruler au fond de la casserole, mais pas une soupe?

Une sauce épaisse sera moins fluide, donc il y aura moins de convection et la chaleur aura l'opportunité de s'accumuler au fond de la casserole, et bruler la sauce.Avec une soupe qui est beaucoup plus fluide la chaleur pourra être dispersée plus rapidement par convection.

Pourquoi la cuisson à un four à vapeur ou a air pulsé est elle plus efficace qu'un four traditionnel

Voir ci dessus, le four a vapeur permettra de transférer la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau, et l'air pulsé reduira l'effet de couche isolante type effet Leidendorf

Comment se fait-il qu'un steak cuit mieux dans un type de poêle plutot qu'une autre?
Egalement, voir ci dessus.

Références: Food Engineering, 4th  edition

Modernist Cuisine, N Myrhold

Heat and Mass Transfer A Practical Approach 2nd Edition, Cengel