La cuisson des spaghetti : recette en trois étapes (Curiosité)

Écriture : Lucas Menou
Relecture de contenu : Morgan Ossola et Tristan Guyomar
Relecture de forme : Thibaud Revil et Aline Resch

Temps de lecture : environ 7 minutes.
Thématiques : Mécanique des matériaux (Physique)

Publication originale : Goldberg N. G. & O’Reilly O. M., Mechanics-based model for the cooking-induced deformation of spaghetti. Physical Review E, 2020. DOI : 10.1103/PhysRevE.101.013001

Version approfondissement

Crédit : Freepik

Spaghetti à la bolognaise, spaghetti à la carbonara (pecorino e guanciale, grazie), on connaît toutes et tous ces plats. Mais qu’en est-il de la cuisson de ces pâtes ? Et si on s’intéressait plus en détail aux différentes étapes de leur cuisson ? Est-il possible de prédire la déformation des spaghetti quand ils cuisent ?

Les spaghetti, vaste problème

Une pâte, un spaghetto, c’est simple ! De la farine de blé dur et de l’eau, le tout mélangé et séché en une forme de bâtonnet. Et pourtant, les scientifiques arrivent tout de même à se poser des questions dessus ! Il faut reconnaître que le spaghetto est intéressant du point de vue de ce que les physiciens et les mathématiciens appellent la mécanique. C’est une branche de la science qui étudie les mouvements et les déformations d’un solide ou d’un fluide en fonction des contraintes qu’il subit. 

En effet, un spaghetto, initialement sec, est relativement rigide et cassant. Pourtant, une fois cuit, il est souple et flexible ! Initialement raide comme un I, il gît maintenant enroulé sur lui-même au fond de la casserole. Que s’est-il donc passé ? Qu’est ce qui régit la déformation des spaghetti au cours de leur cuisson ? Eh bien, voilà une belle problématique de chimiste/mécanicien⋅ne ! On se propose d’y répondre à travers l’étude de la publication récente de Nathaniel Goldberg.

D’un point de vue chimique, la pâte est en fait un réseau de protéines dans lequel est emprisonné de l’amidon. Imaginons que nous faisons cuire une pâte. Initialement, elle est rigide et droite comme un poteau « Stationnement interdit ». Puis, le temps avançant, elle fléchit et commence progressivement à se déposer au fond de la casserole avant de se recourber sur elle même (Figure 1). La pâte est cuite !

Figure 1. Les trois étapes de cuisson d’une pâte au cours du temps, symbolisé par le minuteur.

Cette première observation nous permet donc de resserrer notre problématique (un·e bon·ne scientifique restreint toujours les problèmes) : Pourquoi ces trois étapes ? 

Formulons une hypothèse : on peut imaginer que, la nouille se ramollissant par le bas, sa base s’affaiblit et la pâte ploie alors sous l’effet de la gravité. Cette hypothèse paraît raisonnable non ? La problématique et l’hypothèse étant posées, il nous faut maintenant la vérifier par une expérience. Ce midi, c’est spaghetti ! Mais gardant en tête notre questionnement, sortons une pâte du bain bouillonnant avant qu’elle ne soit totalement immergée. 

Selon notre hypothèse, si on la pose sur la table, le bas devrait être cuit et collé à la nappe et le reste de la pâte sec et rigide. En d’autres termes, le bas de la nouille doit être souple mais pas le haut. Et pourtant, à notre grand étonnement, la pâte reste en réalité courbée quand on la sort de l’eau et ne pend pas nonchalamment vers le bas immédiatement à la sortie. Plus étonnant encore, la courbure persiste si on laisse la pâte sécher sur la table. La pâte ne retourne pas à l’état « Poteau stationnement interdit ». Puisque la pâte reste courbée et en partie rigide même pour la partie immergée, cela veut dire que l’intérieur de la pâte est restée en partie sec et que seul l’extérieur est bien cuit. En effet, l’eau bouillante ne pénètre pas instantanément au coeur de la nouille, il faut attendre un temps plus long pour voir le bas du spaghetto entièrement cuit. Donc, le processus de cuisson en trois étapes est plus complexe qu’il n’y paraît. 

Des scientifiques se sont amusé·e·s, et ont étudié la cuisson des spaghetti [1-5]. Ces études montrent que la température des nouilles atteint en quelques microsecondes la température de l’eau environnante (même au coeur de la pâte !). Cependant, la pâte n’est pas considérée comme cuite lorsqu’elle atteint une certaine température mais quand elle est hydratée à coeur. Dans l’eau bouillante, cela prend de 7 à 11 minutes (selon les goûts… mais n’allons pas sur ce terrain glissant !).

L’absorption de l’eau de l’extérieur vers l’intérieur de la pâte se fait par un processus complexe de diffusion qui dépend de la structure interne de la pâte elle même. Cette hydratation, qui s’accompagne d’une dissolution minime d’amidon et que l’on dessine en Figure 2, entraîne un changement de texture interne de la nouille.

Figure 2. Schéma en section d’un spaghetto au cours d’une cuisson. De l’amidon se dissout en partie dans l’eau environnante qui hydrate la nouille. Cette hydratation induit une dilatation de la pâte.

Ce changement de texture interne est en fait primordial pour expliquer le déroulement en trois étapes de la cuisson du spaghetto. Le réseau de protéines se réarrange, et ainsi, la nouille se dilate tout en cuisant. Plus singulièrement, sa rigidité (la facilité que l’on a à tordre la nouille) s’affaiblit. Il est de plus en plus facile de tordre la nouille au cours du temps. Et de la même manière, le spaghetto s’allonge. En résumé, la pâte ne cuit pas simplement par le bas, elle s’assouplit par le bas. Mais qu’en est-il de cet assouplissement ?

L’assouplissement, c’est plus facile quand on est souple !

En mécanique, il existe une quantité particulièrement intéressante à calculer : le moment, c’est à dire l’aptitude d’une force à faire tourner un objet autour d’un point. La prochaine fois que vous visserez quelque chose à l’aide d’une clé plate, vous pourrez vous dire que vous créez un moment par rapport au point de référence fixe du centre de l’objet vissé (soyons physiquement précis !). 

Revenons à nos spaghetti en train de cuire. Concentrons-nous sur un spaghetto seul, c’est plus simple. Conformément à ce que nous venons de dire, il est alors possible de calculer le moment de la force de gravité au cours de la cuisson, en sachant que la rigidité diminue. C’est-à-dire que l’on détermine la facilité avec laquelle la gravité fait ployer le spaghetto sur lui-même. Or, ce moment est d’autant plus grand que la courbure est grande. Et comme le spaghetto s’assouplit avec le temps, il se courbe de plus en plus sous son poids, et comme il se courbe de plus en plus, le moment subi est de plus en plus important. Il est alors de plus en plus facile de courber le spaghetto au cours de la cuisson. Le point important ici c’est que puisque le spaghetto cuit, il s’assouplit. Mais puisqu’il s’assouplit, il est aussi encore plus facile de l’assouplir à nouveau. En d’autres termes, la courbure du spaghetto au cours de la cuisson croît d’autant plus vite que la courbure est grande. C’est là le phénomène amusant de la cuisson des spaghetti (du moins pour le modeste auteur de cet article…) !

Il est alors possible de s’amuser encore plus, en calculant et en déterminant l’état des spaghetti — leur courbure — au cours des différentes étapes de la cuisson, ce que les auteurs de la publication originale ont réalisé. Les résultats des chercheurs permettent alors de décomposer physiquement ce que l’on observait dans la casserole en Figure 1 et de distinguer exactement les trois étapes. Pendant la première étape en flexion, seuls deux points de contact existent entre la casserole et la nouille. Durant la seconde étape en affaissement, la moitié inférieure de la nouille repose au fond de la casserole et la moitié supérieure reste courbée. Et enfin, pendant la troisième étape en recourbement, la nouille se recourbe sur elle-même (Figure 3).

 Figure 3. Les différentes morphologies d’un spaghetto au cours de sa cuisson. Le temps est symbolisé par le minuteur. Une première hydratation permet au spaghetto de fléchir sous son propre poids (Flexion). Cette première courbure augmentant le moment subi, la pâte se courbe de plus en plus jusqu’à se déposer en partie au fond de la casserole (Affaissement). La pâte s’affaisse de plus en plus jusqu’à boucler sur elle-même (Recourbement). On souligne en vert la hauteur de contact de la pâte sur le bord droit de la casserole qui diminue avec le temps. On note aussi l’apparition de points limites de contact secondaires (A’ et B’), en plus des deux points de contact primaires (A et B), due à la courbure de plus en plus importante de la pâte. L’apparition de ces points de contacts secondaires définit les étapes successives de cuisson.

La recette en trois étapes

La cuisson des spaghetti, c’est un peu plus complexe qu’il n’y paraît ! En résumé, la courbure initiale des pâtes due à leur hydratation première leur permet ensuite de boucler sur elles-mêmes. Et ce bouclage se fait en trois étapes, à cause de l’évolution de leur rigidité et de leur texture au cours du temps. Peut-être serait-il même possible, en considérant la courbure de la pâte, de déterminer son état de cuisson ? 

Bon, restons modestes, vous, moi et les auteurs de la publication originale n’avons pas non plus tout compris. Nous n’avons pas parlé de friction ni d’adhésion sur les bords de la casserole quand le spaghetto cuit. Le spaghetto est, de plus, tout seul dans sa casserole contrairement à la préparation d’un repas classique. Or, la mécanique de la cuisson est certainement plus complexe si les spaghetti s’enchevêtrent. D’autre part, on considère (cela se voit sur les schémas) que le spaghetto ploie dans un mouvement restreint à deux dimensions : un plan (celui de la feuille sur notre schéma), et qu’il ne penche ni vers nous ni derrière, pour distinguer nos trois étapes. Or, dans la casserole, le spaghetto cuit en trois dimensions ! Finalement, Nathaniel Goldberg et ses collègues n’ont posé que la première pierre du magnifique édifice de la compréhension de la cuisson des spaghetti !

On reste souvent dans des cas idéaux quand on fait de la science. Les chercheurs ne retiennent d’abord que les phénomènes ou les facteurs principaux qui influencent une expérience afin d’en comprendre les résultats de manière simple. C’est le but de la modélisation. Il est toujours possible de complexifier par la suite lorsque la base est maîtrisée ! Nous pourrions également discuter des expériences réalisées par les chercheurs et chercheuses pour déterminer l’évolution de la texture et de la rigidité du spaghetto isolé. Si cela vous intéresse, allez donc voir la version approfondissement !

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[1] Del Nobile M. A. & Massera M., A method to evaluate the extent of residual deformations in dry spaghetti. Journal of Food engineering, 2002. DOI : 10.1016/S0260-8774(02)00081-X

[2] Bernin D., et al., Multi-scale characterization of pasta during cooking using microscopy and real-time magnetic resonance imaging. Food Research International., 2014. DOI : 10.1016/j.foodres.2014.09.007

[3] Del Nobile M. A. & Massera M., Modeling of Water Sorption Kinetics in Spaghetti During Overcooking. Cereal Chemistry, 2000. DOI : 10.1094/CCHEM.2000.77.5.615

[4] Hills B. P., et al., Radial NMR microimaging studies of the rehydration of extruded pasta. Journal of Food engineering, 1996. DOI : 10.1016/0260-8774(94)00081-J

[5] Horigane A. K., et al., Moisture Distribution and Diffusion in Cooked Spaghetti Studied by NMR Imaging and Diffusion Model. Cereal Chemistry, 2006. DOI : 10.1094/CC-83-0235

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Creative Commons License
Lucas Menou/Papier-Mâché/CC BY 4.0 2020

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