Oréologie : des chercheurs comprennent enfin pourquoi la crème reste sur un seul biscuit après séparation

etude cisaillement creme oreo
| Getty Images
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Quiconque a déjà mangé des biscuits Oreo® en a sans doute déjà ouvert un avant de le consommer. Une légère rotation en sens inverse des deux biscuits et voilà la crème exposée, prête à être dégustée. Si vous avez pour habitude de consommer ces biscuits sandwichs de cette manière, vous n’aurez pas manqué de remarquer que la crème se retrouve quasiment à chaque fois sur un seul et même biscuit après séparation. Des chercheurs du MIT ont décidé d’étudier les différents facteurs qui conditionnent la distribution finale de la crème après rotation des biscuits, créant au passage un nouveau domaine d’étude, l’« oréologie ».

Tout comme la rhéologie est la science qui étudie la déformation et l’écoulement de la matière sous l’effet d’une contrainte, les chercheurs définissent l’oréologie comme l’étude de l’écoulement et de la rupture de la crème (ou d’une garniture similaire) des biscuits sandwichs. Dans leur laboratoire, à l’aide d’un appareil spécifiquement conçu pour l’expérience, baptisé « oréomètre », ils ont donc examiné les différents mécanismes de rupture du disque de crème du célèbre biscuit, en étudiant l’influence de divers paramètres (vitesse de rotation, quantité de crème et saveur du biscuit) sur la distribution de la crème après ouverture.

À savoir que la rhéologie a déjà été utilisée pour relever plusieurs défis de l’industrie alimentaire — les propriétés d’écoulement et les microstructures des aliments influençant largement leur texture. Les chercheurs évoquent par exemple l’étude des épaississants à base d’amidon pour les sauces, la sélection des édulcorants pour le chocolat « light », etc. La rhéologie peut également être utile pour identifier les ingrédients permettant d’obtenir une fondue au fromage ou une mayonnaise à la texture parfaite. C’est également la rhéologie qui a permis de déterminer qu’il était préférable de tremper ses biscuits horizontalement et non verticalement dans sa tasse de thé/café, et de marcher à reculons pour transporter sa tasse pleine sans en renverser une goutte…

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La crème « privilégie » quasiment toujours l’un des deux biscuits

Cette fois-ci, il est question de déterminer de quelle manière ouvrir un biscuit Oreo® pour une expérience gustative optimale. « L’expérience de la consommation (c’est-à-dire la sensation, la douceur et la texture) de nombreux aliments est intrinsèque à leur consommation agréable, l’un des exemples étant l’habitude de tordre un biscuit sandwich avant de le manger », expliquent les chercheurs dans la revue Physics of Fluids. Contrairement aux autres textures (amidons, pâtes, etc.), les biscuits sandwichs ont été jusqu’à présent peu étudiés.

Les rhéomètres sont des appareils capables d’appliquer un cisaillement à un échantillon (liquide, émulsion, pâte, plastique, mousse, etc.). L’oréomètre utilisé dans cette étude, et présenté dans la vidéo suivante, est un outil imprimé en 3D, alimenté par des élastiques et des pièces de monnaie ; les instructions de fabrication et de montage sont librement accessibles sur Github — les chercheurs encouragent d’ailleurs les personnes intéressées à tester elles-mêmes le dispositif chez eux afin de se livrer à leurs propres expériences…

Lorsque les deux tranches parallèles du biscuit sont soumises à une rotation inverse, la crème se déforme par torsion dans le cisaillement, s’écoule et finit par se fracturer, ce qui entraîne la séparation des deux parties du biscuit. Dans le cas d’une rupture dite cohésive ou globale, la crème s’écoule jusqu’à la rupture et se répartit entre les deux tranches de biscuit ; dans le cas d’une rupture dite adhésive ou interfaciale, la crème se détache presque entièrement de l’interface tranche-crème sur l’une des tranches et reste collée sur la seconde.

étude distribution crème biscuits Oreo
(a-b) Ouverture manuelle d’un biscuit Oreo®. (c-d) Les chercheurs ont identifié un profil de défaillance typique pour les biscuits provenant de boîtes nouvellement ouvertes : la crème a tendance à rester sur un côté, « tranche 1 » — cette tranche étant orientée vers le côté gauche de la boîte verticale d’un paquet d’Oreos réguliers de taille standard. (e) Comparaison de la distribution de crème selon sa quantité initiale. © C. Owens et al.

Crystal Owens, première auteure de l’étude, s’attendait à ce que la crème se divise parfaitement au milieu (rupture cohésive), car c’est ce qui se passe avec des matériaux similaires comme les thermoplastiques. Mais l’expérience a montré que ce n’était pas le cas. Lors des tests, l’équipe a observé que la défaillance adhésive se produisait dans la quasi-totalité des essais (95%) — que les biscuits soient ouverts à la main ou à l’aide de l’équipement de laboratoire fabriqué à cet effet.

Une question d’adhérence, liée au processus de fabrication

Dans quelques rares cas seulement, une partie de la crème semble être restée accrochée à des aspérités stochastiques sur la seconde tranche. En d’autres termes, la crème se divise parfois entre les côtés en raison de défauts ou de petites fractures dans une ou les deux tranches du biscuit. « La crème n’est pas fortement liée aux biscuits. Puisqu’il n’y a pas de liaison solide pour supporter uniformément la surface de cisaillement au milieu pendant la rotation, la garniture se sépare entièrement de l’un des biscuits », explique Owens à Inverse.

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Curieusement, dans une nouvelle boîte de biscuits, c’est toujours le même côté qui « hérite » de la crème après ouverture. « Nous attribuons ce phénomène au processus de production, car nous confirmons que le côté chargé en crème est uniformément orienté dans la plupart des boîtes d’Oreos », précisent les chercheurs. En effet, au cours du processus, les Oreos sont construits en appliquant la crème sur une première tranche, sur laquelle vient se poser une seconde tranche. Cette différence de contact initial entre la crème et chaque biscuit influence l’adhérence relative crème-biscuit : la première tranche a ainsi un niveau d’adhérence à la crème légèrement supérieur.

L’équipe explique par ailleurs que la crème des Oreos fait partie de la classe des solides mous fluides connus sous le nom de « fluides à contrainte de rendement », qui sont des fluides qui se comportent comme des solides mous lorsqu’ils ne sont pas perturbés et qui ne s’écoulent que sous une contrainte suffisamment importante. « Beaucoup d’aliments sont essentiellement des solides mous lorsqu’ils sont au repos. Tout, du beurre au yaourt en passant par la crème glacée, va agir comme ça », explique Owens. Plus précisément, la crème est un fluide viscoélastique — tout comme le dentifrice, qui ne s’écoule que lorsque l’on appuie sur le tube.

Finalement, il ressort de cette étude que la distribution de la crème lors de la séparation des biscuits n’est pas fonction de la vitesse de rotation, ni de la quantité de crème, mais est principalement déterminée par le niveau d’adhérence préexistant entre la crème et chaque biscuit — un paramètre déterminé lors du processus de fabrication. Les conditions de stockage des biscuits (température, humidité) peuvent toutefois avoir un impact sur le résultat, note l’équipe. « Si les fabricants de biscuits souhaitent influencer eux-mêmes la distribution de la crème, fournir des biscuits avec des trous traversants ou une texture sur les surfaces intérieures devrait favoriser l’adhérence crème-biscuit sur les deux moitiés », concluent les chercheurs.

Source : C. Owens et al., Physics of Fluids

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