Des 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 gaufrettes sont tordues.
Les ingénieurs en mécanique soumettent une garniture à la crème Oreo à une batterie de tests pour comprendre ce qui se passe lorsque deux tranches sont tordues.
Lorsque vous ouvrez 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.) Les ingénieurs du MIT ont maintenant soumis le célèbre biscuit sandwich à des tests de matériaux rigoureux afin de répondre à une question épineuse :pourquoi la crème du biscuit colle-t-elle ? à une seule plaquette lorsqu'elle est tordue ?
"Il y a le problème fascinant d'essayer de faire en sorte que la crème se répartisse uniformément entre les deux tranches, ce qui s'avère très difficile", explique Max Fan, étudiant de premier cycle au Département de génie mécanique du MIT.
Pourquoi la crème du cookie colle-t-elle à une seule plaquette lorsqu'elle est tordue ? Les ingénieurs du MIT cherchent la réponse.
À la recherche d'une réponse, l'équipe de chercheurs a exposé des 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 plaquette lorsqu'elle est tordue. Ce n'est que dans les anciennes boîtes de biscuits que la crème se répartit parfois plus équitablement entre les deux gaufrettes.
Les scientifiques ont également mesuré le couple nécessaire pour ouvrir un Oreo par torsion et ont trouvé qu'il était similaire au couple nécessaire pour tourner une poignée de porte et à environ 1/10e de ce qui est nécessaire pour ouvrir un bouchon de bouteille. Le stress de rupture de la crème - c'est-à-dire la force par zone nécessaire pour que la crème coule ou se déforme - est le double de celui du fromage à la crème et du beurre de cacahuète, et à peu près de la même ampleur que le fromage mozzarella. À en juger par la réponse de la crème au stress, l'équipe classe sa texture comme « pâteuse », plutôt que cassante, dure ou caoutchouteuse.
Lorsque vous ouvrez un biscuit Oreo par torsion pour atteindre le centre crémeux, vous imitez 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 cookie est-elle glomifiée d'un côté plutôt que de se répartir uniformément entre les deux ? Le processus de fabrication peut être à blâmer.
"Les vidéos du processus de fabrication montrent qu'ils déposent la première plaquette, puis distribuent une boule de crème sur cette plaquette avant de mettre la deuxième plaquette sur le dessus", explique Crystal Owens, doctorante en génie mécanique du MIT qui étudie les propriétés des fluides complexes. . "Apparemment, ce petit délai peut permettre à la crème de mieux coller à la première plaquette."
L'étude de l'équipe n'est pas simplement une douce diversion de la recherche de pain et de beurre; c'est aussi l'occasion de rendre la science de la rhéologie accessible aux autres. À cette fin, les chercheurs ont conçu un « oréomètre » imprimable en 3D – un appareil simple qui saisit fermement un biscuit Oreo et utilise des sous et des élastiques pour contrôler la force de torsion qui tord progressivement le biscuit. Les instructions pour l'appareil de table peuvent être trouvées ici.
La nouvelle étude, "On Oreology, the fracture and flow of 'milk's favorite cookie'", paraît aujourd'hui dans Kitchen Flows , un numéro spécial de la revue Physics of Fluids . Il a été conçu au début de la pandémie de Covid-19, lorsque de nombreux laboratoires de scientifiques étaient fermés ou difficiles d'accès. Outre Owens et Fan, les co-auteurs sont les professeurs de génie mécanique Gareth McKinley et A. John Hart.
Connexion confection
Un test standard en rhéologie place un fluide, une suspension ou un autre matériau fluide sur la base d'un instrument appelé rhéomètre. Une plaque parallèle au-dessus de la base peut être abaissée sur le matériau d'essai. La plaque est ensuite tordue alors 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 des encres imprimables en 3D, n'a pas pu s'empêcher de noter une similitude avec les biscuits sandwich. Comme elle l'écrit dans la nouvelle étude :
«Scientifiquement, les biscuits sandwich présentent un modèle paradigmatique de rhéométrie à plaques parallèles dans lequel un échantillon fluide, la crème, est maintenu entre deux plaques parallèles, les wafers. Lorsque les gaufrettes sont contre-tournées, la crème se déforme, s'écoule et finalement se fracture, entraînant la séparation du biscuit en deux morceaux. »
Bien que la crème Oreo puisse ne pas sembler posséder de propriétés fluides, elle est considérée comme un "fluide à limite d'élasticité" - un solide mou lorsqu'il n'est pas perturbé qui peut commencer à couler sous une contrainte suffisante, comme le font le dentifrice, le glaçage, certains cosmétiques et le béton.
Curieux de savoir si d'autres avaient exploré le lien entre les Oreos et la rhéologie, Owens a trouvé mention d'une étude de l'Université de Princeton de 2016 dans laquelle les physiciens ont signalé pour la première fois qu'en effet, lors de la torsion des Oreos à la main, la crème se détachait presque toujours sur une plaquette.
"Nous voulions partir de là pour voir ce qui cause réellement cet effet et si nous pouvions le contrôler si nous montions soigneusement les Oreos sur notre rhéomètre", dit-elle.
Retour aux cookies
Dans une expérience qu'ils répéteraient 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 divers degrés de couple et de rotation angulaire, en notant les valeurs qui ont réussi à séparer 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, ou l'endroit où la crème s'est retrouvée après avoir été tordue.
En tout, l'équipe a parcouru environ 20 boîtes d'Oreos, y compris des niveaux de remplissage réguliers, Double Stuf et Mega Stuf, et des saveurs régulières de chocolat noir et de gaufrettes «dorées». Étonnamment, ils ont constaté que, quelle que soit la quantité de crème ou la saveur, la crème se séparait presque toujours sur une seule gaufrette.
"Nous nous attendions à un effet basé sur la taille", explique 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 cartographié le résultat de chaque cookie à sa position d'origine dans la boîte, ils ont remarqué que la crème avait tendance à coller à la plaquette tournée vers l'intérieur :les cookies sur le côté gauche de la boîte se tordaient de telle sorte que la crème se retrouvait sur la plaquette droite, tandis que les biscuits du côté droit séparés avec de la crème principalement sur la plaquette de gauche. Ils soupçonnent que cette distribution de boîtes peut être le résultat d'effets environnementaux post-fabrication, tels que le chauffage ou la bousculade, qui peuvent faire décoller légèrement la crème des gaufrettes extérieures, même avant la torsion.
La compréhension 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 suspension de nanotubes de carbone, car ils se déforment presque exactement de la même manière."
En ce qui concerne le cookie lui-même, elle suggère que si l'intérieur des gaufrettes Oreo était plus texturé, la crème pourrait mieux adhérer des deux côtés et se diviser plus uniformément lorsqu'elle est tordue.
« Dans l'état actuel des choses, nous avons découvert qu'il n'y avait pas d'astuce pour tordre qui diviserait la crème uniformément », conclut 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, Physics of Fluids .
DOI :10.1063/5.0085362
Cette recherche a été soutenue, en partie, par le programme MIT UROP et par le programme de bourses d'études supérieures en sciences et en génie de la Défense nationale.
