On fabrique 3 réflecteurs cylindro-paraboliques pour faire griller un poulet au soleil.
Difficulté
Technique
Durée
2 jour(s)
Disciplines scientifiques
Optique, Physique
Introduction
Voici une expérience de cuisson solaire très spectaculaire.
En été, avec ces 3 paraboles, on peut cuire 2 poulets en 1H30 !
C'est une expérience idéale pour les fêtes de fin d'année dans les collèges et les lycées!
Succès garanti auprès des élèves !...et de nombreuses questions en perspective !Étape 1 - Le matériel
Comme on peut le voir sur la photo, les trois paraboles nécessaires pour la cuisson du poulet sont réalisées à partir de 3 guides en contre-plaqué et de 3 feuilles d'aluminium laminé.
Les planches de contreplaqué ainsi que les feuilles d'aluminium peuvent être achetées dans la plupart des magasins de bricolage. Attention de bien choisir les feuilles d'aluminium parmi toutes celles proposées. Normalement la face miroir est protégée par un film protecteur. Faire également attention que les feuilles ne soient pas abîmées et ne présentent pas de plis.
On trouvera toutes les explications théoriques et pratiques dans la présentation de l'activité, en particulier comment se procurer les feuilles d'aluminium: [fichier pdf].
Étape 2 - La fabrication des paraboles
On fabrique d'abord les 3 réflecteurs cylidro-paraboliques. Pour cela, on trace les 3 profils, comme indiqué dans le livret d'accompagnement. Puis, on découpe ces profils à l'aide d'une scie sauteuse. Enfin, on assemble les guides deux par deux.
Il ne reste plus qu'à déposer les feuilles d'aluminium sur les guides. Comme ces feuilles ont une épaisseurde 0.5 mm, elles se plient et épousent parfaitement la forme des guides.
On dispose alors de 3 paraboles de focale environ 2 mètres, ce qui signifie que le soleil va se concentrer aux foyers situés à 2 mètres de la parabole.
Étape 3 - Avant les premiers essais
C'est le moment de mettre des lunettes de soleil. En effet, la luminosité des objets placés au foyer est très importante ! Et évidemment, il ne faut surtout pas mettre ses yeux au foyer !
Si des enfants sont présents, il faut sécuriser les abords par des cordes ou des barrières. Attention aux tout-petits qui ont leurs yeux à la hauteur du poulet !
En fait, sécurisé par une barrière et avec des lunettes de soleil lorsque l'on est proche, il n'y a pas de risque !
Contrairement aux yeux, il n'y a pas vraiment de risques de brûlures. Vous pouvez mettre votre main au foyer. Certes, c'est chaud, mais on a largement le temps de retirer la main.
Étape 4 - Premier essai sur un écran
On place une parabole face au soleil et on l'incline de façon à amener la tache focale à l'endroit désiré. On peut utiliser une simple tige pour régler l'inclinaison et caler la parabole dans la position désirée.
Dans un premier temps, il est intéressant d'observer la tache focale sur un écran (planche ou carton). Si on a bien travaillé en traçant et découpant les profils paraboliques, la largeur de la tache ne doit pas dépasser 15 cm pour une focale de 2 mètres. C'est très suffisant pour faire cuire un poulet et même le faire dorer.
Mais, attention, ça peut s'enflammer ! Lorsque les 3 paraboles sont focalisées au même endroit, il y a près de 800 Watts répartis sur une surface de 40 cm x 15 cm ! Vous allez voir que votre écran noircit très vite...
C'est aussi le moment de mettre la main pour voir comment ça fait... il n'y a pas de risque, mais ne pas insister quand même !
Étape 5 - Premier essai sur un poulet
Attendre d'avoir une belle journée d'été sans nuages.
Prendre un beau poulet fermier et bien le farcir. Le placer sur une broche horizontale sur une petite table. Placer à l'arrière une plaque lèche frite de four, pour arrêter les rayons qui ne sont pas arrêtés par le poulet (sécurité). Une rôtissoire comme celle de la photo serait idéale.
On commence par exemple la cuisson vers midi. On place les paraboles face au soleil et le poulet devant les paraboles. Puis on règle les inclinaisons des 3 paraboles pour confondre les 3 taches focales sur le poulet... qui ne va pas tarder à avoir très chaud !
Bien sûr, on va constater que la terre tourne et que la direction du soleil change. La tache focale va se déplacer. Mais, même pour une cuisson commencée à midi, ce n'est pas trop fatiguant de suivre...On a même le temps de siroter sa boisson préférée entre deux réglages...
Étape 6 - Explications
Taille de la tache focale
La « tache focale » est rectangulaire. La grande longueur correspond à peu près à la largeur des réflecteurs cylindro-paraboliques, soit environ 40 cm dans notre cas. Dans cette dimension en effet il n’y a pas de concentration des rayons, comme expliqué dans le livret d'accompagnement.
Dans l’autre direction on devrait retrouver une taille déterminée par la taille angulaire du soleil (0.5°) et par la distance focale (2 mètres). On devrait donc avoir 2 x tan (0.5°) = 1,8 cm.
Or, on constate que l’on a plus de 10 cm ! Qu’est ce qui provoque un tel élargissement ?
Eh bien,dans le vocabulaire des opticiens qui fabriquent des optiques de précision, il y a par ordre d'entrée en scène:
- la diffraction (un faisceau est dévié quand la lumière rencontre un obstacle)
- les aberrations optiques (une parabole ne permet pas de réfléchir tous les rayons pour qu'ils arrivent tous sur le même point cible)
- la précision de fabrication (alors là !)
Dans notre cas, le premier terme est très faible et le second représente quelques centimètres. Par contre, c'est bien la précision de réalisation de notre parabole qui est déterminante. Alors, appliquez-vous pour le traçage de la parabole et la découpe à la scie sauteuse. Quelques millimètres d'erreur et c'est un peu de concentration qui est perdue...
Pour le fun: Quand les vrais opticiens réalisent des miroirs de précision, ils font des erreurs de quelques dizaines de nanomètres seulement ! Heureusement, ils ne travaillent pas à la scie sauteuse !
Le mode de cuisson du poulet
La façon dont le poulet cuit est tout à fait remarquable. J'avoue que la première fois que j'ai fait l'expérience, je n'avais pas la moindre idée de la façon dont ça allait se passer...
Lorsque l'on fait cuire un poulet au four ou devant un feu de bois, il faut faire attention à ne pas le faire brûler avant qu'il ne soit cuit à l'intérieur. En effet, le rayonnement infra-rouge produit par un four est arrêté d'abord au niveau de la peau et est transformé en chaleur. Avec les infra-rouges, il est très facile d'obtenir un poulet bien grillé.
Dans notre cas de cuisson solaire, la majorité de l'énergie se trouve non pas dans l'infra-rouge, mais dans la partie visible du spectre solaire. Or, il se trouve que cette lumière visible est peu arrêtée par la peau du poulet et pénètre en profondeur. Cette lumière visible arrêtée par l'épaisseur des tissus et par les os est bien sûr transformée en chaleur, mais en profondeur. On voit d'ailleurs l'ébullition des fluides à l'intérieur du poulet.
Donc, notre poulet cuit d'abord en profondeur et ne grille que très peu en surface. Que peut-on faire pour le faire griller ?
Tout simplement on le badigeonne avec un "roux" du type arôme Patrel que les cuisiniers connaissent bien. Mais attention, ce n'est pas de la triche: ce n'est pas le roux qui va lui donner l'aspect de grillé, mais la chaleur du soleil !
Pourquoi ? Tout simplement parce que la coloration brune apportée par le "roux" est suffisante pour arrêter les rayons visibles en surface et provoquuer l'échauffement de la peau. Le poulet grille alors en surface.
En tout cas, quand on a vu le poulet cuire de l'intérieur, on a envie de faire attention à la plage. Avant bronzage, le rayonnement pénètre en profondeur. Après bronzage, la mélanine arrête bien les rayons en surface, mais ce sont alors les rayons ultra-violets qui provoquent des brûlures photochimiques de la peau !
Soyez sûr que lorsque vous irez à la plage, cette image du poulet en train de cuire ne vous quittera plus...
Dernière modification 15/06/2022 par user:Occitan.
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