La Science du Café (Part I, II et III)

Bien que les sujets datent de quelques mois, bravo et merci pour ce beau travail de synthèse.

Petit bonus pour tout le monde :


Étude en fonction de la température d'extraction, d'après Influence of extraction temperature on the final quality of espresso coffee; Andueza S., Maeztu L., Pascual L., et al., JOURNAL OF THE SCIENCE OF FOOD AND AGRICULTURE, vol. 83 No 3, p. 240-248 (2003).



Étude en fonction de la pression d'extraction, d'après Influence of water pressure on the final quality of arabica espresso coffee. Application of multivariate analysis; Andueza S., Maeztu L., Dean B., et al., JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY, vol. 50 No 25, p. 7426-7431 (2002).

C'est pas récent, c'est en anglais et c'est long mais ça vaut vraiment le coup !


Le lien :
http://www.tampertantrum.com/tamper-tantrum-live-presentation-number-three-cosimo-libardo/

Oui, c'est cette même vidéo, signalée par MKSwing (sur son fil "Analyse de l'extraction Espresso") qui m'avait amené, de fil en aiguille, à faire cette revue de la littérature scientifique sur le sujet.

Petite phrase d'accroche sur une nouvelle étude d'un phénomène lié au café (plutôt filtre qu'espresso):
«Le phénomène que nous avons étudié ici peut être observé chaque jour et devrait avoir été remarqué par de nombreux chercheurs. Cependant, très peu de gens semblent avoir imaginé que des phénomènes aussi fascinants se produisent dans une tasse.»
La phrase m'a bien plût, et l'article aussi. C'est ici:
http://passeurdesciences.blog.lemonde.fr/2015/02/15/enigme-scientifique-de-la-brume-de-cafe-physique/

Oui j'ai lu ça hier... Heu...., perso je suis moins enthousiaste.
C'est un brouillard qu'on a tous déjà observé, non ? Bref des gouttelettes d'eau, comme un nuage.

Pourquoi il se forme est intéressant.
Mais quand ils parlent de muons, alors là faut arrêter, vraiment n'importe quoi. C'est agaçant.

C'est vrai, ça manque vraiment de sérieux ce comité de lecture de la revue Nature... franchement, permettre aux chercheurs de rêver, on aura tout vu. (En fait les chercheurs parlent de rayon cosmique, pas de muons).

Personnellement, je pense que c'est plutôt le gluon du café qui fait s'effondrer la brume.

Je cite ce "report":
"on estime ainsi qu'au niveau du sol chaque centimètre carré reçoit en moyenne un muon, particule négativement chargée, par minute."

no comment

Bien sûr que les referees doivent renvoyer ce papier pour révision...

L'article est déjà publié dans Nature. Je cite l'article:
«Whether a vanishing event triggers a collective event or not, it is not clear what causes a droplet to vanish in the first place; the reason may be fluctuations in the evaporation flow or an electric disturbance that is caused by a cosmic ray if the droplets are levitated by the electrostatic force. The observed concurrent events are likely to be triggered by a common disturbance in the levitation force because it is highly improbable that more than one event occurs in less than 10 ms in a small area of the microscope field of view».

Et oui les rayons cosmiques produisent des particules chargées, entre autre des muons, on s'en prend dans la tête constamment. La chambre à brouillard est même une technique d'analyse de ces particules. En quoi est-ce si ridicule comme hypothèse?

Et dire qui en a qui disent que sur notre forum bien aimé, certaines discussions vont très loin... Que certains se prennent le chou avec des détails.
Et bien moi, il m'a bien plu cet article ! https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/the-mystery-of-the-white-mist-on-the-surface-of-black-coffee-a1a9624edfde
Désolé, c'est en Anglais .  

Bon café a tous
Vince

Je crois qu'on en cause déjà ici https://expresso.1fr1.net/t6150p15-la-science-du-cafe-part-i-ii-et-iii

pootoogoo a écrit:les rayons cosmiques produisent des particules chargées, entre autre des muons [...]. En quoi est-ce si ridicule comme hypothèse?

En vrac, quelques raisons indépendantes qui m'amenaient à ne pas adhérer à leur proposition:

- Les particules cosmiques qui peuvent interagir substantiellement avec une fine couche de gouttelettes d'eau interagissent a fortiori avec un tissu humain d'1 cm. Il suffirait donc de mettre la main au dessus de la tasses pour voir disparaitre l'effet.

- Les particules cosmiques capables d'interagir avec l'eau interagissent avec la matière usuelle (autre que l'eau comme la brique, le béton, le bois). La probabilité qu'une particule cosmique n'interagisse pas avec les 5 étages de matière au dessus de moi dans mon immeuble (et les traverse donc), mais interagisse ensuite avec les qques mm d'eau au dessus de mon café est infinitésimale.

- Je cite le "Report": "1 particules / min / cm^2".
On parle donc de particules élémentaires, une par une, d'un effet microscopique. On ne parle pas d'un effet macroscopique comme quand on frotte un baton d'ebonite avec une peau de chat (tout le monde fait cette manip au lycée) et qui arrache des électrons qui se comptent en moles. Dit autrement, le ratio entre la force électrique produite par la charge d'une particule élémentaire et la force due au mouvement ascendant d'air résultant du gradient de température au dessus du café est astronomiquement faible.

- Par contre, pour un nuage atmosphérique l'effet des particules cosmiques devient macroscopique: en effet, on remplace des cm^2 par des km^2, une épaisseur en mm par une épaisseur en centaines de mètres, un flux de "1 particules / min / cm^2" à un flux autrement plus important car en haute atmosphère, qques secondes deviennent qques jours, et il n'y a pas de maison en brique au dessus des nuages.

- Mon impression est la suivante: quand on verse son thé à 100C dans un tasse, des molécules d'H2O passent dans l'air au dessus de la tasse. Les H2O sont des molécules polarisées (petits dipôles) et elles ont tendance à s'agglutiner en l'air à cause de cela.  Les petits amas d'H2O s'organisent ensuite sous forme sphérique (équilibre des forces) et les forces dipolaires en surface donnent lieu à une "tension superficielle". Les sphères trop petites sont emportées par le courant ascendant d'air produit par le gradient de température au dessus du thé. Elles vont se dissiper dans l'air en s'y évaporant rapidement. Les sphères trop grosses sont trop lourdes pour être emportées par ce courant et retombent dans le thé. Il ne reste donc que celles d'une taille taille précise qui restent en suspension, leur poids étant exactement opposé à la force du courant d'air ascendant.
Maintenant, quand deux de ces gouttelettes se rencontrent, elles se combinent pour en donner une plus grosse. La grosse goutte est en effet plus stable que deux petites : ceci est du au fait que la tension superficielle sur la grosse est plus importante car sa surface est moindre (le ratio de la surface de la grosse par celle de la paire de petites est de 1/2^(1/3) qui est inférieur à 1). Dès cet instant, la grosse gouttelette chute car son poids est égal à celui des deux petites mais sa surface est moindre et donc la poussée du courant ascendant aussi. Ainsi, le nuage va disparaître tout seul et se retrouver dans la tasse.

Pour valider une partie de ce scénario, on pourrait mesurer expérimentalement le gradient de température au dessus de la tasse (avec une caméra infrarouge), en déduire le courant ascendant donc la force sur les gouttelettes, et donc le rayon de celles dont le poids annule la force ascendante. Je pense qu'on prédirait ainsi le rayon des gouttelettes que les japonais ont observé.

Je ne pensais pas qu'on en viendrait à la physique des particules et c'est vraiment loin de mon domaine... mais on parle d'interaction de charge pas de collision. Les muons sont capables de traverser des km de roche (voir l'article sur les chambres à brouillard). Le pouvoir d'arrêt d'un cm de peau dépend de la vitesse des particules.

Là où je suis d'accord c'est que l'hypothèse devrait être vérifiable, soit en amplifiant le phénomène à l'aide d'une source soit en le réduisant (plutôt que la main, une bonne épaisseur de plomb serait plus efficace).

Après l'explication des gouttes qui se rapprochent assez pour s'assembler (mais comme elles sont chargées, cela ne devrait pas se produire sauf perturbation) ou tout simplement de nouvelles molécules d'eau venant alourdir une des gouttes, entraînant sa chute et une perturbation de charge qui provoque une avalanche est aussi possible. C'est ce qui m'est venu à l'esprit en voyant les photos de l'article.

Comme je l'ai dit plus tôt, Nature n'est pas la gazette du collège de Trifouillis-Les-Oies, cette revue tient sa réputation et son "facteur d'impact" de la rigueur et de l'extrême sélectivité de son comité de lecture. Cela dit, l'esprit critique ne doit jamais dormir au gaz.

Je parle aussi d'interaction de charge (puisqu'on parle d'interaction au sens de la physique des particules).

Je peux préciser ma critique pour qu'on se comprenne: si des particules peuvent traverser une épaisseur de roche, c'est qu'elles interagissent faiblement avec la matière. Dès lors, leur interaction avec de l'eau sur qque mm sera totalement infime (l'eau sera "transparente" pour elles). Si au contraire l'interaction avec les qques mm de gouttelettes n'est pas négligeable, alors ces particules interagissent forcément suffisamment avec la matière pour n'avoir aucune chance de traverser les murs de mon appart.

Pour résumer: soit ça passe le mur et donc a fortiori les goutelettes. Soit ça peut interagir avec des gouttelettes et donc ça ne passera pas le mur. Dans les deux cas, l'effet qu'ils invoquent m'apparaît comme exclus.

Perso, je ne vois aucune raison pour que les gouttelettes ne soient pas neutres électriquement (l'hypothèse des rayons cosmiques qui ionisent, pour les raisons évoquées plus haut, je ne la trouve pas sérieuse). Je pense que les seules forces en jeu sont la tension superficielle, le poids, et de pression.... sans subtilité particulière (cosmique ou autre ). Bref.

Une petite remarque de plus: l'effet du gradient de température au dessus du thé est, je pense, vraiment important. C'est le même effet qui crée les volutes quand on fume: le courant ascendant emporte les cendres vers le haut. Dans le cas qui nous intéresse, on a des volutes de gouttelettes d'eau plutôt que de carbone. Cette force ascendante est un effet macroscopique. Ne pas en parler pour interpréter ce phéno me semble intenable.

Oui enfin je crois qu'il ne faut pas non plus mélanger, dans un papier, les résultats d'une étude et les parties "hypothèses, perspectives et autres masturbations intellectuelles". Et ce n'est pas péjoratif du tout dans ma bouche. Une partie de l'exercice de rédaction d'article scientifique est de faire rêver (les rares lecteurs et les reviewers). Et encore plus pour une revue à large public comme Nature.

Ces quelques phrases, les hypothèses, les éventuels domaines d'applications, les futures révolutions technologiques que permettent ces nouveaux résultats incroyablement incroyables, c'est la partie littéraire de l'article. Uniquement 0,5% d'un article scientifique, sans doute un peu plus plus dans une revue comme Nature, ça se transforme en 50% dans Sciences et Vie (dans celui de février il y a un truc totalement ridicule dans le domaine des lasers, dans le genre), et ça devient 95% dans les articles vulgarisés de nos quotidiens ou des news sur internet.

Les mecs observent un phénomène, en donnent la substance, et donnent des hypothèses sur la façon dont parfois on observe qu'il disparait. Les hypothèses sont par définition la zone où ils n'ont pas de réponse solide. Et c'est d'ailleurs bien ce qui est marrant, puisque comme ils n'ont pas de réponse, on peut, nous, qui sommes bien plus incompétents que les auteurs, en discuter.

Mais faut pas non plus jeter la pierre là où il n'y a personne.

r

Merci pootoogoo de m'avoir orienté jusqu'ici ! Tes recherches ont l'air passionnantes,
je vais prendre le temps lire tout ça :-)

En attendant, en ce qui concerne la discussion ci-dessus, l'hypothèse des rayons cosmiques n'est pas fantaisiste. En microélectronique c'est un vrai problème, et plus le système est petit, plus l'effet relatif de ce problème est important. A la limite cela peut même détruire totalement un système comme un qubit. L'effet désastreux qu'ils peuvent potentiellement avoir sur des mémoire flash (même sur Terre) est également d'actualité.

Bon allez, je retourne aux composés odorants de pootoogoo !

Un autre magnifique incunable de @pootoogoo ! Merci

C'est un plaisir, Flynn.