Les chercheurs du MIT ont conçu un “Oréomètre” imprimable en 3D pour soumettre la crème d’un Oreo à une batterie de tests afin de comprendre ce qui se passe lorsque deux gaufres sont séparées par torsion.
Des ingénieurs en mécanique ont soumis la crème d’un Oreo à une batterie de tests pour comprendre ce qui se passe lorsque deux gaufrettes sont séparées par torsion.
Lorsque vous tordez un biscuit Oreo pour atteindre le centre crémeux, vous imitez un test rhéologique de base. (La rhéologie est l’étude de la façon dont un matériau non newtonien s’écoule lorsqu’il est tordu, pressé ou autrement tendu). MIT Les ingénieurs du MIT ont maintenant soumis le biscuit sandwich à des tests rigoureux sur les matériaux afin de répondre à une question épineuse : pourquoi la crème du biscuit ne colle-t-elle qu’à une seule gaufrette lorsqu’on la tord pour la séparer ?
“Il y a le problème fascinant d’essayer de faire en sorte que la crème se répartisse uniformément entre les deux gaufrettes, ce qui s’avère très difficile”, explique Max Fan, étudiant de premier cycle au département d’ingénierie mécanique du MIT.
Pourquoi la crème du biscuit ne colle-t-elle qu’à une seule gaufrette lorsqu’on la tord ? Les ingénieurs du MIT cherchent la réponse.
En quête d’une réponse, l’équipe a soumis les biscuits à des expériences de rhéologie normales en laboratoire et a découvert que, quelle que soit la saveur ou la quantité de farce, la crème au centre d’un Oreo adhère presque toujours à une seule gaufrette lorsqu’on l’ouvre en la tordant. Ce n’est que dans les anciennes boîtes de biscuits que la crème se répartit parfois de manière plus égale entre les deux gaufrettes.
Les chercheurs ont également mesuré le couple nécessaire pour ouvrir un Oreo et ont constaté qu’il était similaire au couple nécessaire pour tourner une poignée de porte et environ 1/10e du couple nécessaire pour ouvrir un bouchon de bouteille. La contrainte de rupture de la crème – c’est-à-dire la force par surface nécessaire pour que la crème s’écoule ou se déforme – est deux fois supérieure à celle du fromage frais et du beurre de cacahuète, et à peu près de la même ampleur que celle de la mozzarella. En se basant sur la réponse de la crème à la contrainte, l’équipe qualifie sa texture de “molle”, plutôt que cassante, dure ou caoutchouteuse.
Lorsque vous ouvrez un biscuit Oreo pour atteindre le centre crémeux, vous reproduisez un test standard en rhéologie – l’étude de la façon dont un matériau non newtonien s’écoule lorsqu’il est tordu, pressé ou soumis à une autre contrainte.
Alors, pourquoi la crème du biscuit colle-t-elle d’un côté au lieu de se répartir uniformément entre les deux ? Le processus de fabrication peut être en cause.
“Les vidéos du processus de fabrication montrent qu’ils posent la première gaufrette, puis distribuent une boule de crème sur cette gaufrette avant de poser la deuxième gaufrette par-dessus”, explique Crystal Owens, candidate au doctorat en génie mécanique au MIT, qui étudie les propriétés des fluides complexes. “Apparemment, ce petit délai peut permettre à la crème de mieux adhérer à la première gaufrette”.
L’étude de l’équipe n’est pas seulement une douce diversion de la recherche sur le pain et le beurre ; c’est aussi une occasion de rendre la science de la rhéologie accessible aux autres. À cette fin, les chercheurs ont conçu un “Oréomètre” imprimable en 3D – un dispositif simple qui saisit fermement un biscuit Oreo et utilise des centimes et des élastiques pour contrôler la force de torsion qui ouvre progressivement le biscuit. Les instructions relatives à ce dispositif de table sont disponibles à l’adresse suivante ici.
La nouvelle étude, “On Oreology, the fracture and flow of ‘milk’s favorite cookie'”, paraît aujourd’hui dans Flux de cuisineun numéro spécial de la revue Physique des fluides. Il a été conçu au début de la pandémie de Covid-19, alors que les laboratoires de nombreux scientifiques étaient fermés ou difficiles d’accès. Outre Owens et Fan, les coauteurs sont les professeurs de génie mécanique Gareth McKinley et A. John Hart.
Connexion de la confiserie
Un test standard en rhéologie consiste à placer un fluide, une boue ou toute autre matière fluide sur la base d’un instrument appelé rhéomètre. Une plaque parallèle située au-dessus de la base peut être abaissée sur le matériau à tester. La plaque est ensuite tordue tandis que des capteurs suivent la rotation et le couple appliqués.
Owens, qui utilise régulièrement un rhéomètre de laboratoire pour tester des matériaux fluides tels que les encres imprimables en 3D, n’a pas pu s’empêcher de noter une similitude avec les biscuits sandwichs. Comme elle l’écrit dans la nouvelle étude :
“Scientifiquement, les biscuits sandwichs présentent un modèle paradigmatique de rhéométrie à plaques parallèles dans lequel un échantillon de fluide, la crème, est maintenu entre deux plaques parallèles, les gaufrettes. Lorsque les gaufrettes subissent une rotation inverse, la crème se déforme, s’écoule et finit par se fracturer, ce qui entraîne la séparation du biscuit en deux parties.pièces.”
Bien que la crème Oreo ne semble pas posséder des propriétés semblables à celles d’un fluide, elle est considérée comme un “fluide à contrainte d’écoulement” – un solide mou lorsqu’il n’est pas perturbé qui peut commencer à s’écouler sous une contrainte suffisante, comme le font le dentifrice, le givre, certains cosmétiques et le béton.
Curieux de savoir si d’autres personnes avaient exploré le lien entre les Oreos et la rhéologie, Owens a trouvé la mention d’une étude de 2016. Princeton University étude dans laquelle des physiciens ont rapporté pour la première fois qu’en effet, en tordant des Oreos à la main, la crème se détachait presque toujours sur une seule galette.
“Nous avons voulu nous baser sur cette étude pour voir ce qui cause réellement cet effet et si nous pouvions le contrôler en montant les Oreos avec précaution sur notre rhéomètre”, dit-elle.
Torsion du biscuit
Lors d’une expérience qu’ils ont répétée pour plusieurs biscuits de différentes garnitures et saveurs, les chercheurs ont collé un Oreo sur les plaques supérieure et inférieure d’un rhéomètre et ont appliqué différents degrés de couple et de rotation angulaire, notant les valeurs qui ont réussi à tordre chaque biscuit. Ils ont intégré les mesures dans des équations pour calculer la viscoélasticité ou la fluidité de la crème. Pour chaque expérience, ils ont également noté la “distribution post-mortem” de la crème, c’est-à-dire l’endroit où la crème se retrouve après avoir été ouverte par torsion.
En tout, l’équipe a examiné une vingtaine de boîtes d’Oreos, avec des niveaux de garniture ordinaires, Double Stuf et Mega Stuf, et des saveurs de gaufrettes ordinaires, au chocolat noir et “dorées”. Étonnamment, ils ont constaté que, quelle que soit la quantité de crème ou le parfum, la crème se séparait presque toujours sur une seule gaufrette.
“Nous nous attendions à un effet basé sur la taille”, dit Owens. “S’il y avait plus de crème entre les couches, elle devrait être plus facile à déformer. Mais ce n’est pas vraiment le cas”.
Curieusement, lorsqu’ils ont mis en correspondance le résultat de chaque biscuit avec sa position initiale dans la boîte, ils ont remarqué que la crème avait tendance à coller à la gaufrette tournée vers l’intérieur : Les biscuits du côté gauche de la boîte se sont tordus de telle sorte que la crème s’est retrouvée sur la tranche de droite, tandis que les biscuits du côté droit se sont séparés avec la crème principalement sur la tranche de gauche. Ils soupçonnent que cette répartition dans la boîte peut être le résultat d’effets environnementaux post-fabrication, tels que le chauffage ou les bousculades qui peuvent provoquer un léger décollement de la crème des gaufrettes extérieures, même avant la torsion.
La compréhension acquise à partir des propriétés de la crème Oreo pourrait potentiellement être appliquée à la conception d’autres matériaux fluides complexes.
“Mes fluides d’impression 3D sont dans la même classe de matériaux que la crème Oreo”, dit-elle. “Ainsi, cette nouvelle compréhension peut m’aider à mieux concevoir l’encre lorsque j’essaie d’imprimer des composants électroniques flexibles à partir d’une bouillie de nanotubes de carbone, car ils se déforment presque exactement de la même manière.”
Quant au biscuit lui-même, elle suggère que si l’intérieur des gaufrettes Oreo était plus texturé, la crème pourrait mieux s’accrocher des deux côtés et se diviser plus uniformément lorsqu’on la tord.
“Dans l’état actuel des choses, nous avons constaté qu’il n’y a pas d’astuce pour tordre les gaufrettes de façon à diviser la crème uniformément”, conclut Mme Owens.
Référence : “On Oreology, the fracture and flow of “milk’s favorite cookie”” par Crystal E. Owens, Max R. Fan, A. John Hart et Gareth H. McKinley, 19 avril 2022, Physique des fluides.
DOI : 10.1063/5.0085362
Cette recherche a été soutenue, en partie, par le programme UROP du MIT et par le National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.
