Modélisation numérique et caractérisation des transferts thermo-hydriques lors de la cuisson de gâteaux

Cet article traite le développement d’un modèle numérique multiphysique pour étudier les phénomènes de transfert de chaleur et de masse ainsi que le gonflement lors de la cuisson d’un gâteau contenu dans un moule. L’objectif de cette étude est de fournir un outil numérique efficace, validé expérimentalement, pour une meilleure compréhension des mécanismes conduisant au produit final désiré. Dans cette approche, le milieu est supposé être poreux déformable contenant trois phases : solide (pâte), liquide (eau) et gaz. La phase gazeuse comprend deux espèces, l’eau et le dioxyde de carbone (libéré par l’agent de levage). En se basant sur des équations régissant le transport de chaleur et de masse et sous quelques hypothèses (milieu homogène, équilibre thermodynamique local, phase gazeuse supposée être un mélange de gaz parfaits...), le problème consiste à résoudre un système de cinq équations aux dérivées partielles couplées. Les variables d’état sont la température, la teneur en eau, la pression totale des gaz, la porosité et le déplacement. Le gonflement de la pâte causé par l’augmentation de la pression totale du gaz est prédit par un modèle viscoélastique. Parallèlement à l’approche numérique, des essais expérimentaux sont réalisés sur un four pilote au sein du laboratoire. Dans ce contexte, un dispositif expérimental a été développé afin d’acquérir en continu les températures, les pertes en eau et d’appréhender correctement les conditions aux limites. La déformation du gâteau est également suivie par une caméra. Les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales et analysés. Différentes conditions de fonctionnement sont testées pour vérifier la robustesse des prédictions.