Thermique de la théière : chaud devant !

[Étienne]

Forcément, c'est un sujet que je ne peux pas laisser passer et une discussion récente me pousse à créer ce fil, alors let's go : parlons de la thermique de nos ustensiles à infuser favoris ! Déperdition, résistance, capacité, effusivité, thermomètres et chronomètres : ça va chauffer ! … ou refroidir.

Ce que je trouverais très intéressant, ce serait que tout ceux qui en ont le cœur, prennent leur instruments favoris et tente une mesure. Pas besoin de faire compliqué : mesure au moment de mettre le couvercle, mesure au moment de verser et temps entre les deux. Après si vous voulez compliquer le protocole, faites vous plaisirs !

N'hésitez pas non plus à partager toutes vos théories diverses et variée. Mais attention, ici tout est scientifique (du dimanche) mônsieur . Et qui dit scientifique dit falsifiable et contradictoire : pas d'argument d'autorité ni de vérité proclamée, on veut des preuves !

Je mettrais un lien de ce premier post vers tous les post «importants». Vous savez, celui que vous deviez rédiger en 5mn et que vous avez passé l'après-midi à préparer au lieu de travailler.

Lien
- Les tests de Kyarazen (lien externe)
- http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mjr/tea/tea.html (lien externe)
- http://perfectteapot.weebly.com/heat-retention.html (lien externe)

Expériences des membres
- Étienne
- Bruno

[Bruno]

Messages déplacés depuis le sujet Terre vs. Thé. La conversation sur la thermique continue ici !

Une théière retiendra d'autant plus la température qu'elle sera:
- ronde (la sphère offre le plus grand rapport volume/surface).
- grosse (encore le rapport volume/surface)
- fine (une paroi épaisse absorbe plus de chaleur, donc refroidit l'infusion plus vite).
- poreuse (l'air est un excellent isolant).

[Étienne]

[…]
- fine (une paroi épaisse absorbe plus de chaleur, donc refroidit l'infusion plus vite).
- poreuse (l'air est un excellent isolant).

Pour la paroi fine, ton raisonnement sur la capacité thermique ne tient que si l'on ne préchauffe pas la théière. Dans le cas contraire, alors une plus forte inertie thermique (donc plus d'épaisseur) ralentira la dynamique de perte de chaleur. D'autre part, ce raisonnement sur la finesse ne tient pas compte de la conductivité thermique, qui elle diminue avec l'épaisseur, ce qui ralentit là encore la perte de chaleur.

Pour la porosité, c'est le contraire. En admettant que la conductivité de la paroi baisse avec la porosité, la encore la capacité thermique baisse aussi, donc on perd en inertie aussi. Ensuite, j'avais cherché il y a un moment, je n'ai trouvé aucune biblio sur le lien entre porosité et conductivité thermique apparente. Et de mon point de vue ça n'a aucune évidence (porosité ouverte/fermée ? surface d'échange due à la rugosité de la surface ?) et de toute façon ça supposerait de pouvoir trouver des théières qui ont le même matériau de squelette, mais des porosités différentes, or la cuisson modifie les deux.

Dans un dernier temps, il faudrait pouvoir tester la sensibilité de ces paramètres. Pas gagné que la compacité ait une influence très élevée par rapport, par exemple, au temps de remettre le couvercle.

À mon avis, les théories simples ne marchent pas pour prévoir a priori le fonctionnement thermique d'une théière. Il faut tester !

Par contre je te rejoindrai sur un point : les kyusus japonais sont utilisés pour des températures assez basses, pas gagnés que se soit de grands performers dans les hautes températures. À tester !

P.S. :

D'un point de vue scientifique, ce qui a certainement le plus d'impact sur le thé, c'est la dynamique de température de la théière. C'est-à-dire l'évolution de la température de l'infusion dans le temps.

D'ailleurs, même ça, je mettrais pas ma main à couper personnellement. La chimie de l'eau est la marotte de certains, Akira en tête .

[Tsubo]

- fine (une paroi épaisse absorbe plus de chaleur, donc refroidit l'infusion plus vite).

Pas forcément,comme déjà dis ailleurs, le type de cuisson va aussi jouer ...

- grosse (encore le rapport volume/surface)

Mais plus une théière est grosse, plus elle a de surface pour dissiper la chaleur, donc ... c'est le principe du radiateur ...

Bref, c'est une histoire bien compliquée, et je ne tirerais personnellement pas de règles strictes ... le mieux, c'est encore de tester la théière avant de l'acheter ...

[Bruno]

Etienne,

Pour l'épaisseur de la paroi, c'est le résultat de mesures empiriques.
Pour la porosité, c'est étrange que tu n'aies pas trouvé de référence biblio, la littérature en anglais est énorme, par exemple: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10934-006-8043-0#page-1

Il y a aussi un autre facteur: la couleur de la théière. Plus un matériau est noir et mat moins il émet de chaleur par rayonnement. Plus il est blanc et brillant, plus il émet. Donc théoriquement, une théière en heini retient plus la chaleur qu'une théière en porcelaine (ceteris paribus). C'est ce que je constate de façon empirique, mais comme je n'ai qu'une théière en heini, la taille de l'échantillon fait de mon expérience une anecdote plutôt qu'une preuve expérimentale

[Étienne]

Je suppose que tu parles des mesures de Kyarazen ? Je me rappelle plus si il préchauffait ou pas.

Pour la biblio je m'en était tenu aux argiles en effet, et très vite (j'étais pas aller chercher dans la dispersion de phonons dans la nanoporosité ) .

[Bruno]

Je suppose que tu parles des mesures de Kyarazen ? Je me rappelle plus si il préchauffait ou pas.

Pour la biblio je m'en était tenu aux argiles en effet, et très vite (j'étais pas aller chercher dans la dispersion de phonons dans la nanoporosité ) .

Il s'agit des expériences de Kyarazen. Il préchauffe. J'ai répété les même expériences et je confirme les résultats. Au moins avoir plus 60 théières m'aura servi à quelque chose , à faire progresser la théologie en l'occurrence.

J'ai fait un google et pris le premier résultat. Mais avec google il y a aussi plein d'articles sur les argiles. C'est un fait général, plus la porosité d'un matériau est élevée, plus sa conductivité thermique est faible.

[Étienne]

Ha, ça c'est une expérience intéressante sur l'effusivité des théières en pratique. J'aurais plutôt misé sur la méthode très forte inertie, bien chargée de chaleur depuis le début, comme quoi…

Par contre c'est sûr que non, une plus grande porosité n'implique pas nécessairement une plus faible conductivité thermique. Mes souvenirs de TP sont loin, mais je me rappelle bien de contre-exemples empiriques. Mais c'était dans des milieux avec une porosité ouverte assez forte (ce n'est peut-être pas pertinent pour les théières, à part les Novak qui suintent ) et en présence d'eau (ça par contre, ça nous intéresse ). Pour les cas avec que de l'air par contre, oui, oui, pas de doute.

Ça me titille quand même cette histoire de paroi fine… si seulement je pouvais retrouver Valmont .

[Théokineko]

Mais du coup est ce que les très très bon thés même vert qui "supportent" l'eau bouillante supportent ils les théières à infusion adiabatique ? ( bon pas tout à fait faut pouvoir verser dans la tasse quand même )

[Bruno]

Un article avec la formule et un graphe de la conductivité en fonction de la porosité: http://www.induceramic.com/porous-ceramics-application/thermal-insulation-application

Il est clair que plus c'est poreux, moins cela conduit. Par contre, pour l'épaisseur, tu as raison. Plus c'est épais, moins cela conduit.

Cela contredit les observations empiriques. Mais le modèle est basé sur une céramique théorique, à faible épaisseur (100 microns dans l'illustration).
A mon avis, même si l'on préchauffe la théière, elle refroidit vite. Du coup, quand on remet de l'eau dedans, la théière est moins chaude que l'eau et absorbe de la chaleur, en proportion de sa masse (épaisseur).

Autre façon de voir les choses:
- à quantité d'eau constante.
- paroi peu épaisse: l'eau est en contact avec un peu de céramique, conducteur moyen, puis beaucoup d'air, faible conducteur.
- paroi épaisse: l'eau est en contact avec plus de conducteur moyen (céramique) et moins de conducteur faible (air).

Intuitivement, je pense que le flux de chaleur de l'eau vers l'extérieur est facilité dans le second cas, puisqu'en moyenne, il va rencontrer moins de résistance thermique.

[David]

Au risque d'être un poil hors sujet, je ne trouve pas personnellement que quelques degrés changent beaucoup le résultat final, et ce en dehors de toutes considérations sur la terre voire sur l'eau. Il m'arrive d'enchaîner quelques infusions rapides sans retrancher la bouilloire, et je ne peux pas honnêtement dire que les tasses soient moins bonnes. Un poil plus long et ça passe dans l'feutré...

Après, ça dépend des méthodes d'infusion de chacun. Moi, j'infuse court ! Donc pas vraiment besoin de rétention thermique. Cela ne me sert que pour les longues infusions de fins de séances généralement.

J'infuserais plus long, c'est sur, la théière semblerait toute indiquée. Mais je suggère aux amateurs de théières d'essayer de faire une dégustation parallèle avec un gaiwan et de voir si la déperdition thermique est si importante que ça au final, sachant que le gaiwan est dans les choux niveau performance thermique.

[Étienne]

[…] sachant que le gaiwan est dans les choux niveau performance thermique.

Si on cherche à retenir la chaleur à tout prix… c'est pas le cas de l'infusion au verre et je pense pas que ce soit fondamentalement le but du gaiwan.

[Étienne]

Un article avec la formule et un graphe de la conductivité en fonction de la porosité: http://www.induceramic.com/porous-ceramics-application/thermal-insulation-application

Il est clair que plus c'est poreux, moins cela conduit. Par contre, pour l'épaisseur, tu as raison. Plus c'est épais, moins cela conduit.

Cette formule est du type Jinn-Huie, c'est bien loin d'être le seul modèle (Maxwell, parallèle, Frey, etc., il y en a des dizaines), tous convergerons vers ce résultat pour le cas où il y a de l'air des deux côtés. En cas d'eau d'un côté, et donc de phase vapeur dans la porosité, beaucoup de ces modèles ne marchent plus sans de grosses modifications, en particulier les semi empirique comme les Jinn-Huie.

A mon avis, même si l'on préchauffe la théière, elle refroidit vite. Du coup, quand on remet de l'eau dedans, la théière est moins chaude que l'eau et absorbe de la chaleur, en proportion de sa masse (épaisseur).

Vite, je ne sais pas, il faut savoir combien c'est. Mais ce n'est pas en fonction de sa masse, mais de son effusivité qu'elle absorbe la chaleur (en régime libre), paramètre qui prend en compte et la capacité thermique et la conductivité, les deux variant avec la porosité.

Intuitivement, je pense que le flux de chaleur de l'eau vers l'extérieur est facilité dans le second cas, puisqu'en moyenne, il va rencontrer moins de résistance thermique.

En régime permanent, or on est en transitoire donc il faut prendre la masse thermique en compte aussi. Je ferais un poste d'un modèle simple quand j'aurais pas la flemme .

Bon après il faut aussi être pragmatique, je n'ai jamais vu aucune mesure de porosité de théière chez un vendeur, encore moins des caractéristiques thermiques…

[Tantameno]

Comptez pas sur moi, là ! Typiquement un sujet de mecs, non ? Bon je vais plutôt aller boire du thé

[Étienne]

Les femmes aiment et font de la science aussi

Mais comme je disais, on peut participer de façon simple : un thermomètre et sa théière préférée suffisent (et c'est sûrement plus instructif que mes théories).