4° Test avec la fécule de pomme de terre et farine de blé

4.1 Test avec la fécule de pomme de terre 

Notre travail est basé sur les fluides rhéoépaississants issus de l'association entre la maïzena et l'eau. Le mélange fonctionnant parfaitement avec de l'amidon de maïs, nous avons ensuite voulu expérimenter un fluide rhéoépaississant issu d'une fécule pour savoir si la maïzena était le seul ingrédient pouvant réaliser ce fluide. Le mélange a donc été réitéré en remplaçant l'amidon de notre premier mélange par de la fécule de pomme de terre.

L'amidon et la fécule sont les deux noms donnés à une même substance. En effet, l'amidon de maïs et la fécule de pomme de terre désigne la même chose mais le terme fécule est utilisé pour désigner de l'amidon provenant d'un tubercule.

À première vue, le mélange fécule de pomme de terre se comportait de la même sorte que le mélange maïzena et eau. Cependant, des différences sont vite apparues. Tout d'abord, le fluide rhéoépaississant, issu de ce mélange, était beaucoup plus visqueux sans aucune contrainte exercée. En effet, lorsque nous retournions le mélange, le fluide non newtonien ne s'est écoulé qu'avec un certain temps, et il s'écoulait par "blocs" .

Puis, lorsque nous avons voulu le marteler, la fécule de pomme de terre et l'eau absorbaient le choc mais avec difficulté. Un coup de marteau trop important pouvait pénétrer entièrement le fluide jusqu'à arriver au fond de celui-ci. 

Pour conclure, la fécule de pomme de terre couplée avec l'eau est donc un fluide rhéoépaississant. En effet, celui-ci est liquide naturellement, puis devient visqueux dès lors qu'une contrainte est exercée. Cependant, nous ne pouvons que mettre en valeur l'amidon de maïs au détriment de la fécule de pomme de terre, pour l'unique raison que l'utilisation de la fécule de pomme de terre associée à l'eau n'est guère viable dans une future protection. Effectivement, comme vu précédemment, lorsque ce mélange subit un choc trop important, celui-ci ne peut garantir la sécurité.


Nous nous sommes ensuite intéressés à l'analyse microscopique pour déterminer les différences au niveau moléculaire entre la fécule de pomme de terre et l'amidon de maïs entraînant un changement de comportement.

Le seul composant de ces deux produits c'est l'amidon. Or, cela ne suffit pas pour expliquer cette différence marquante de viscosité car l'amidon, moléculairement parlant, est le même. Cependant, des différences émergent, notamment sur taille entre l'amidon issu des graines et l'amidon présent dans les tubercules, que l'on appelle familièrement fécule. Comme on le voit ci dessus les colloïdes de l'amidon de maïs (à gauche) sont bien plus grosse que ceux de la fécule de pomme de terre (à droite) alors que nous utilisions le même grossissement pour les deux microscopes. Et en effet, la molécule de pomme de terre est bien plus longue que celle de maïs. Mais ce n'est pas tout, comme vu précédemment, l'amidon est constitué d'une longue chaîne d'amylose et d'amylopectine. Après des recherches, la présence d'amylose est plus élevée dans le maïs que dans la pomme de terre. Or plus il y a de d'amylopectine dans l'amidon, plus il y a de ramification et moins la molécule est compactable.

Notre première déduction fut telle que les molécules de pomme de terre étaient trop longues pour le mélange. Cela gênerait l'échappement des molécules d'eau présentes dans l'amidon, qui provoquerait donc un retard dans la solidification du mélange. Ce retard de solidification, expliquerait le fait que la fécule de pomme de terre et l'eau absorbent l'impact avec plus de difficultés que l'amidon de maïs (qui lui contient des molécules beaucoup plus petites). Cependant, cette hypothèse n'est pas viable car la taille des molécules n'importe pas dans le mélange : le changement de viscosité est dû à des liaisons polarisées OH qui ne changera pas en fonction de la taille des molécules.


Notre deuxième hypothèse était basée sur la présence plus élevée d'amylose dans le maïs que dans la pomme de terre. En effet, l'amylose étant une chaîne de sucre, ce sucre pourrait jouer un rôle dans le mélange. Mais, ne trouvant toujours rien pouvant expliquer cette différence de viscosité entre la fécule de pomme de terre et l'amidon de maïs, nous avons abandonné une autre fois cette idée.

Malgré que l'hypothèse du sucre ne se soit pas abouti, nous sommes quand même resté sur l'amylose. L'amylose étant présente à 28% dans l'amidon de maïs et à 20% dans la fécule de pomme de terre, l'explication était forcément dans ces chiffres. Cependant, ne trouvant pas la réponse, nous avons demandé à un professeur de Sciences et Vie de la Terre, de nous orienter vers une hypothèse. Il nous a confirmé que la différence de viscosité s'expliquait par la présence plus élevée d'amylose dans le maïs. L'amylose est en effet un des deux polymères de l'amidon, qui est non ramifié. Cela signifie que la molécule est composée d'une seule branche. Au contraire, le deuxième composant de l'amidon est l'amylopectine, un polymère ramifié (qui est composé de plusieurs branches). Plus on trouve de l'amylose moins on aura de l'amylopectine dans l'amidon, et vice-versa.


La différence entre les deux mélanges réside donc dans la ramification des deux polymères.

La fécule de pomme de terre, mélangée à l'eau, est plus visqueuse que la maïzena et l'eau, sans contrainte exercée car l'amylopectine se trouve en plus grande quantité. La molécule occupe donc un plus grand espace, rendant cette viscosité plus importante. Au contraire, sous contrainte, la viscosité est moins importante, car la forte proportion d'amylopectine par rapport à l'amylose fait barrage aux molécules les empêchant de se rapprocher pour solidifier le mélange.

Le mélange maïzena et eau est donc moins visqueux à l'état naturel. L'amylose occupe donc moins d'espace, laissant de la place aux molécules. Il est, au contraire, plus visqueux que la fécule de pomme de terre et l'eau, lors d'un impact, car les molécules d'amylose se resserrent plus facilement pour former un "bloc", donnant alors un mélange visqueux.

4.2 La farine de blé

Après avoir étudié la fécule de pomme de terre, nous nous sommes intéressés à la farine de blé. Grâce à nos connaissances, nous savons déjà que le phénomène du fluide rhéoépaississant ne se produit pas avec ce mélange. Ainsi nous nous sommes posés la question: pourquoi le mélange farine de blé et eau ne s'inscrit-il pas en tant que fluide rhéoépaississant ?

Nous avons alors analysé la composition des différents mélanges, à savoir la maïzena, la fécule de pomme de terre et pour finir la farine de blé.

Tout d'abord les fécules de maïs et de pomme de terre sont composées uniquement d'amidon et sont spécifiées sans gluten.

Cependant, la composition de la farine de blé est différente des ingrédients précédemment évoqués, car celle-ci contient des composants supplémentaires en plus de l'amidon.

Comme nous le montre le tableau ci dessus, la farine de blé est constituée principalement d'amidon, d'⅙ d'eau mais elle est surtout constituée à 10% d'un ingrédient que nous ne retrouvons ni dans la maïzena, ni dans la fécule de pomme de terre : le gluten. Ainsi nous nous sommes intéressés au gluten et nous avons cherchés à comprendre pour quelle raison il ne permettait pas de créer un fluide rhéoépaississant.

Des recherches nous ont appris que le gluten associé à de l'amidon forme un mélange de protéines responsables de l'élasticité des pâtes. Ces protéines sont divisées en deux groupes, la gliadine et la gluténine, toutes deux insolubles dans l'eau. De plus, le gluten absorbe aussi l'eau ajoutée à la farine ce qui permet la fermentation de la pâte.

Nous en avons donc déduit, que le gluten empêche aux molécules d'eau et d'amidon de glisser entre elles. En effet, en présence du gluten, les molécules d'eau restent enfermées à l'intérieur de celle d'amidon car elles sont liées par cet élément. Lors d'un impact les molécules d'eau ne sont donc pas chassées de celles d'amidon empêchant toute solidification et laissant paraître un mélange à l'aspect pâteux.

Les fluides rhéoépaississants | 2019 | Physique et SVT
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