TITRE : ARTICLE CULINAIRE COMPORTANT UNE PAROI LATERALE AMINCIE

La présente invention concerne le domaine technique des articles culinaires ou récipients de cuisson réalisés à partir d’une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée.

Les récipients de cuisson comportent généralement un fond destiné à être disposé sur un foyer de cuisson (tel que par exemple une plaque de chauffe électrique, une plaque de chauffe par induction, un brûleur à combustible, ou analogue), ce fond étant entouré par une paroi latérale s’élevant autour du fond. La face supérieure du fond forme une surface de cuisson des aliments. La face inférieure du fond forme une surface de chauffe.

La présente invention concerne notamment, mais non exclusivement, les récipients de cuisson de type poêle. Les récipients de cuisson de type poêle peuvent être définis par une hauteur inférieure à leur largeur ou à leur diamètre. Généralement la largeur ou le diamètre de tels récipients de cuisson est plusieurs fois supérieur(e) à leur hauteur.

L’utilisation des alliages d’aluminium dans le domaine culinaire est connue depuis des années. La bonne conductivité thermique de l’aluminium permet d’envisager la réalisation de récipients de cuisson présentant un corps en alliage d’aluminium.

Dans les récipients de cuisson présentant un corps en alliage d’aluminium, la paroi latérale joue le rôle d’une ailette de refroidissement, qui contribue à limiter

l’échauffement de la partie périphérique du fond. Il en résulte un différentiel de température sur le fond, notamment entre le centre et la périphérie de la surface de chauffe.

La répartition de la matière utilisée pour un récipient de cuisson peut être décrite par le rapport épaisseur du fond / épaisseur de la paroi latérale. En pratique usuelle pour les récipients de cuisson en alliage d’aluminium ce rapport épaisseur du fond / épaisseur de la paroi latérale n’excède pas 1 ,8, notamment pour les récipients de cuisson réalisés à partir d’une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée. Une poêle de 28 cm de diamètre présente une épaisseur de fond de 5,1 mm et une épaisseur de paroi latérale de 2,9 mm, soit un rapport de 1 ,76. Un des principaux critères d’évaluation de la qualité d’un récipient de cuisson est son homogénéité de cuisson. L’homogénéité de cuisson correspond à l’aptitude du récipient de cuisson à cuire de manière uniforme les aliments, quel que soit l’emplacement des aliments sur le fond du récipient de cuisson.

Un inconvénient des récipients de cuisson en alliage d’aluminium réalisés à partir d’une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée réside dans la sensibilité de la surface de cuisson aux variations de température causées par la paroi latérale. Lors de la préchauffe, des écarts de température importants peuvent être observés sur la surface de cuisson, avec par exemple une température de 180 °C à l’endroit le plus chaud de la surface de cuisson et inférieure à 120 °C à l’endroit le moins chaud de la surface de cuisson. Ces écarts de température contribuent à diminuer l’homogénéité de cuisson des aliments cuits dans le récipient de cuisson.

L’objectif est de fabriquer des récipients de cuisson avec une répartition de la matière selon son rôle thermique, afin d’améliorer à la fois ses propriétés d’homogénéité et de préchauffe tout en limitant l’augmentation du poids de l’article.

Un objet de la présente invention vise à proposer un récipient de cuisson comportant une calotte en alliage d’aluminium réalisée à partir d’une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée, dans lequel l’homogénéité de la température de la surface de cuisson est améliorée, sans entraîner une augmentation excessive de la masse du récipient de cuisson.

Cet objet est atteint avec un article culinaire comprenant une calotte métallique présentant une paroi de fond et une paroi latérale s’élevant autour de la paroi de fond, ladite paroi de fond présentant une face interne destinée à la cuisson des aliments et une face externe destinée à être disposée à proximité d’une source de chaleur, du fait que ladite calotte est une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée de la série 6000 ou de la série 5000 et que la paroi de fond présente une épaisseur au moins 2 fois supérieure à celle de la paroi latérale, de préférence au moins 2,5 fois supérieure à celle de la paroi latérale.

Préférentiellement, la paroi de fond présente une épaisseur inférieure ou égale à 15 fois celle de la paroi latérale, de préférence inférieure ou égale à 13,5 fois celle de la paroi latérale. Préférentiellement, la calotte présente un rapport diamètre/hauteur inférieur à 0,5, et de préférence inférieur à 0,3. Préférentiellement, la calotte présente un rapport diamètre/hauteur compris entre 0,5 et 0,1 , et de préférence compris entre 0,3 et 0,1.

L’utilisation des alliages d’aluminium dans le domaine culinaire est connue depuis des années. Cependant, les nuances d’alliages usuelles (Al 1050, Al 1200, Al 3003, Al 4006) possèdent des propriétés de tenue mécanique faibles.

L’utilisation d’alliages de la série 6000 ou de la série 5000 permet de repenser la conception des récipients de cuisson pour améliorer leur homogénéité de cuisson tout en réduisant leur masse et en limitant l’augmentation du temps de préchauffe.

Il est rappelé que les alliages utilisés doivent être conformes aux normes d’alimentarité (teneur en Zn<0,25% et teneur en Cu<0,6%).

Série 6000 (aluminium magnésium silicium)

Les éléments d'alliage de cette série sont le magnésium (Mg) et le silicium (Si). Cette famille d'alliage a une grande importance industrielle. Elle est très utilisée pour les profilés.

Ils ont une très bonne aptitude à la déformation (filage, matriçage principalement) et à la mise en forme à froid à l'état recuit. Leurs caractéristiques mécaniques sont moyennes et sont inférieures à celles des alliages 2000 et 7000. Ces caractéristiques peuvent être augmentées par addition de silicium qui donnera le précipité durcissant Mg2Si. Ils ont une excellente résistance à la corrosion notamment atmosphérique. Ils se soudent très bien (soudure à l'arc ou brasage).

On peut les diviser en deux groupes :

- un groupe dont les compositions sont plus chargées en magnésium et silicium (6061 , 6082 par exemple). Ils sont utilisés pour des applications de structure (charpente, pylône...), ainsi qu'en aéronautique (liaisons électriques, boîtiers électroniques embarqués...) ;

- une deuxième catégorie moins chargée en silicium qui par conséquent aura des caractéristiques mécaniques plus faibles. C'est le cas du 6060 qui permettra de grandes vitesses de filage mais qui aura des caractéristiques mécaniques plus faibles.

Il sera utilisé par exemple en décoration et ameublement, menuiserie métallique.

Il faut également noter l'existence du 6101 anciennement appelé Almelec. Cet alliage a été énormément utilisé pour ses aptitudes de conducteur électrique. Il a notamment été utilisé pour la fabrication de lignes moyenne et haute tension en France.

[Tableau 1]

Composition

Les concentrations sont en pourcentage massique.

Préférentiellement, l’alliage d’aluminium est de la série 6000 de la nuance 6082. Cet alliage présente une limite élastique élevée, et est plus dur que les alliages

d’aluminium habituellement utilisés pour réaliser des récipients de cuisson, ce qui permet d’envisager de réduire davantage l’épaisseur de la paroi latérale du récipient de cuisson, du fait de cette meilleure tenue mécanique.

Série 5000 (aluminium magnésium)

L'élément d'alliage est le magnésium (jusqu'à 5 %). Ce sont des alliages par écrouissage. Ces alliages ont des caractéristiques mécaniques moyennes qui augmentent avec le taux de magnésium. Ces caractéristiques augmenteront également avec le taux

d'écrouissage. Ils ont une bonne aptitude à la déformation, cette aptitude diminuant si le taux de magnésium augmente. Ils ont un excellent comportement à la soudure et à ce titre sont utilisés en chaudronnerie soudure. Ils ont également un bon comportement aux basses températures. Ils ont un bon comportement à la corrosion qui justifie leur utilisation dans les applications marines.

Ils sont utilisés dans la construction navale, le transport, l'industrie chimique.

[Tableau 2]

Composition

Autres Autres

Alliage Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Zr+Ti _ _^ , AI chaque total

5005 Mm. ! I l ! 0,50 / I l ! / / / le reste

Max. 0,30 0,70 0,20 0,20 1,10 0,10 / 0,25 / / 0,05 0,15

5086 Min. / / / 0,20 3,50 0,05 ! I l ! / / le reste

Max. 0,40 0,50 0,10 0,70 4,50 0,25 / 0,25 0,15 / 0,05 0,15 Les concentrations sont en pourcentage massique.

Avantageusement, l’alliage d’aluminium est de la série 5000 de la nuance 5754. Cet alliage est plus dur que l’alliage d’aluminium de la série 6000 de la nuance 6082, ce qui permet également d’envisager de réduire davantage l’épaisseur de la paroi latérale du récipient de cuisson, du fait de cette meilleure tenue mécanique.

[Tableau 3]

5754 (AW-AIMg3) : Composition chimique nominale % (selon norme EN 573-1 ) :

Avantageusement, l’alliage d’aluminium est de la série 5000 de la nuance 5083. Cet alliage est plus dur que l’alliage d’aluminium de la série 5000 de la nuance 5754, ce qui permet également d’envisager de réduire davantage l’épaisseur de la paroi latérale du récipient de cuisson, du fait de cette meilleure tenue mécanique.

[Tableau 4]

5083 (AW-AIMg4,5MnO,7) : Composition chimique nominale % (selon norme EN 573-1 ) :

Si désiré, la face interne peut être revêtue partiellement ou entièrement, notamment avec un revêtement PTFE, céramique ou sol-gel.

Si désiré la face externe peut être revêtue partiellement ou entièrement, notamment avec un revêtement émail, PTFE, céramique ou sol-gel.

Si désiré, un insert métallique peut être rapporté sous le fond du récipient de cuisson, du côté de la face externe, pour permettre la chauffe du récipient de cuisson sur une plaque de chauffe par induction.

Préférentiellement, l’insert métallique est formé par une grille.

Cette grille peut être assemblée par frappe, par exemple par frappe à froid, de

préférence avant mise en forme de la feuille d’alliage. Son épaisseur est comprise

entre 0,3 et 1 mm, de préférence environ 0,6 mm. Les trous de la grille peuvent

présenter un diamètre compris entre 2 et 4 mm, de préférence environ 3 mm.

Préférentiellement l’insert métallique est réalisé en matériau ferromagnétique.

L’insert métallique rend l’article culinaire selon l’invention compatible avec une chauffe par induction.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un article culinaire selon l’invention comprenant les étapes suivantes :

- Fournir une feuille d’alliage d’aluminium de la série 6000 ou de la série 5000,

- Eventuellement rapporter sur la face externe un insert métallique, - Emboutir ou fluotourner ladite feuille en forme de calotte,

- Eventuellement appliquer sur la face interne partiellement ou entièrement un revêtement PTFE, ou céramique, ou sol-gel,

- Eventuellement appliquer sur la face externe partiellement ou entièrement un revêtement émail, PTFE, céramique, ou sol-gel.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un article culinaire selon l’invention comprenant les étapes suivantes :

Fournir une feuille d’alliage d’aluminium de la série 6000 ou de la série 5000,

- Eventuellement rapporter sur la face externe un insert métallique,

- Emboutir ou fluotourner ladite feuille en forme de calotte présentant une paroi de fond et une paroi latérale s’élevant autour de la paroi de fond, la paroi de fond présentant une épaisseur au moins 2 fois supérieure à celle de la paroi latérale, de préférence au moins 2,5 fois supérieure à celle de la paroi latérale,

- Eventuellement appliquer sur la face interne partiellement ou entièrement un revêtement PTFE, ou céramique, ou sol-gel,

- Eventuellement appliquer sur la face externe partiellement ou entièrement un revêtement émail, PTFE, céramique, ou sol-gel.

Un autre objet de l’invention concerne l’utilisation d’une calotte métallique sous la forme d’une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée de la série 6000 ou de la série 5000 pour améliorer le temps de préchauffe d’un article culinaire.

Un autre objet de l’invention concerne l’utilisation d’une calotte métallique sous la forme d’une feuille d’alliage d’aluminium emboutie ou fluotournée de la série 6000 ou de la série 5000, ladite calotte présentant une paroi de fond et une paroi latérale s’élevant autour de la paroi de fond, la paroi de fond présentant une épaisseur au moins 2 fois supérieure à celle de la paroi latérale, de préférence au moins 2,5 fois supérieure à celle de la paroi latérale, pour améliorer le temps de préchauffe d’un article culinaire conforme aux caractéristiques précitées.

Le moyen utilisé consiste à augmenter l’épaisseur de la paroi de fond et de diminuer celle de la paroi latérale, ce qui revient à maximiser le rapport d’épaisseur paroi de fond/paroi latérale. La difficulté est ici de répartir idéalement la matière en fonction de son rôle thermique tout en respectant l’impératif de tenue mécanique (notamment au point de fixation d’une poignée sur la paroi latérale).

La mise en œuvre de ces constructions ne fait pas appel à des procédés de transformation spécifique. Les paramètres utilisés lors des opérations d’emboutissage, de fluotournage ou de frappe pour assembler un fond compatible avec une chauffe par induction sont bien évidemment à adapter aux nouvelles épaisseurs à obtenir. Par exemple, la force de frappe pour l’insertion d’une grille sera par exemple

significativement revue à la hausse pour compenser la plus forte résistance à la pénétration de la grille qu’apportera le nouvel alliage.

L'invention sera mieux comprise à l'étude des exemples de réalisation, pris à titre nullement limitatif, illustrés dans les figures annexées, dans lesquelles :

[Fig. 1] la figure 1 est une représentation schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’un article culinaire selon l’art antérieur,

[Fig. 2] la figure 2 est une représentation schématique en coupe d’un exemple de réalisation d’un article culinaire selon l’invention,

[Fig. 3] la figure 3 est une représentation schématique partielle en coupe d’une variante de réalisation d’un article culinaire selon l’art antérieur,

[Fig. 4] la figure 4 est une représentation d’un insert métallique inséré dans le fond de l’article culinaire illustré sur la figure 3,

[Fig. 5] la figure 5 est une représentation schématique partielle en coupe d’une variante de réalisation d’un article culinaire selon l’invention,

[Fig. 6] la figure 6 est une représentation d’un insert métallique inséré dans le fond de l’article culinaire illustré sur la figure 5.

Les figures 1 et 2 illustrent des articles culinaires 1’,1 comportant une calotte 2’,

2 métallique présentant une paroi de fond 21’, 21 et une paroi latérale 31’, 31 s’élevant autour de la paroi de fond 21’, 21. La calotte 2’, 2 est une feuille d’alliage d’aluminium fluotournée. A titre de variante, la calotte 2’, 2 pourrait être une feuille d’alliage d’aluminium emboutie. La paroi de fond 21’, 21 présente une face interne 211’, 211 destinée à la cuisson des aliments et une face externe 212’, 212 destinée à être disposée à proximité d’une source de chaleur. Si désiré, la face interne 211’, 211 peut être revêtue partiellement ou entièrement d’un revêtement, par exemple un revêtement PTFE, ou un revêtement céramique, ou un revêtement sol-gel. Si désiré, la face externe 212’, 212 peut être revêtue partiellement ou entièrement d’un revêtement, par exemple un revêtement PTFE, ou un revêtement céramique, ou un revêtement sol-gel. Si désiré, l’article culinaire T, 1 peut comporter une poignée (non représentée sur les figures 1 et 2) montée sur la calotte 2’, 2.

Selon les variantes de réalisation illustrées sur les figures 3 et 5, l’article culinaire T, 1 comporte une poignée 5’, 5 fixée sur la calotte 2’, 2. Par ailleurs, un insert métallique 4’, 4 est rapporté sur la face externe 212’, 212 de la paroi de fond 2T, 21. Les figures 4 et 6 montrent les inserts métalliques 4’, 4 présents dans les articles culinaires T, 1 illustrés sur les figures 3 et 5. Les inserts métalliques 4’, 4 sont formés par des grilles. Les inserts métalliques 4’, 4 peuvent être réalisés en matériau ferromagnétique, notamment en acier inoxydable ferritique, pour obtenir un article culinaire T, 1 compatible avec une chauffe par induction. L’épaisseur des inserts métalliques est par exemple de l’ordre de 0,6 mm.

Dans les articles culinaires de l’art antérieur illustrés sur les figures 1 , 3 et 4, la calotte 2’ est une feuille d’alliage d’aluminium de la série 4000 de la nuance 4006, avec un diamètre de 28 cm. La paroi de fond 2T présente une épaisseur de l’ordre de 4,5 mm. La paroi latérale 3T présente une épaisseur de l’ordre de 3 mm, cette épaisseur de paroi latérale correspondant à une épaisseur minimale mesurée en dessous du bord extérieur de la calotte 2’. Le rapport entre l’épaisseur de la paroi de fond 2T et l’épaisseur de la paroi latérale 3 T est de l’ordre de 1 ,5.

Dans les articles culinaires selon l’invention illustrés sur les figures 2, 5 et 6, la calotte 2 est une feuille d’alliage d’aluminium de la série 6000 de la nuance 6082, avec un diamètre de 28 cm. La hauteur de la calotte 2 est de l’ordre de 55 mm soit un rapport hauteur / diamètre de l'ordre de 0,2. La paroi de fond 21 présente une épaisseur de l’ordre de 6 mm. La paroi latérale 31 présente une épaisseur de l’ordre de 2 mm, cette épaisseur de paroi latérale correspondant à une épaisseur minimale mesurée en dessous du bord extérieur de la calotte 2. Le rapport entre l’épaisseur de la paroi de fond 21 et l’épaisseur de la paroi latérale 31 est de l’ordre de 3. A titre de variante, la calotte pourrait être ou une feuille d’alliage d’aluminium de la série 5000 de la nuance 5754, ou une feuille d’alliage d’aluminium de la série 5000 de la nuance 5083. A titre de variante, la calotte pourrait présenter d’autres diamètres, et/ou d’autres hauteurs, et/ou d’autres épaisseurs de paroi de fond 21 , et/ou d’autres épaisseurs de paroi latérale 31.

EXEMPLES

Des essais ont été réalisés avec deux prototypes en alliage 6082 (PR21 et PR22) (poêle de diamètre 28 cm, réalisée en alliage 6082, correspondant à la variante de réalisation de la figure 5, avec une épaisseur de paroi latérale de 2 mm, une épaisseur de paroi de fond de 6 mm, une hauteur de paroi latérale de 55 mm, un diamètre de fond de 225 mm, et un diamètre de grille inox ajourée de 225 mm, représentée sur la figure 6).

L’article culinaire de référence utilisé est la poêle P028GCBV Expertise (poêle de diamètre 28 cm Grand Chef Bord verseur, réalisée en alliage 4006, correspondant à la variante de réalisation de la figure 3, avec une épaisseur de paroi latérale de 3 mm, une épaisseur de paroi de fond de 4,5 mm, une hauteur de paroi latérale de 55 mm, un diamètre de fond de 210 mm, et un diamètre de grille inox ajourée de 205 mm, représentée sur la figure 4).

Les deux grilles présentent une partie centrale identique, la différence de diamètre correspond à un anneau extérieur non ajouré.

TEST DE PRECHAUFFE

Les essais de préchauffe ont été réalisés sur une plaque à induction.

Le test de préchauffe consiste à placer la poêle à vide sur le moyen de chauffe. Une fois qu’un des points de l’article atteint 180°C, on mesure l’écart de température maximum entre deux points du fond afin de quantifier le critère d’homogénéité. Le temps de préchauffe correspond quant à lui au temps nécessaire pour qu’un point atteigne 180°C.

[Tableau 5]

TEST PRE CHAUFFE

Calcul de l'écart de T° max - min sur la surface de cuisson quand T" max = 180”C

On remarque que l’augmentation du rapport paroi de fond/paroi latérale améliore l’homogénéité de l’article culinaire tout en réduisant son poids.

TEST BLANC D’ŒUF

Les essais de blanc d’œuf ont été réalisés sur plusieurs plaques à induction

(caractéristiques décrites dans le tableau ci-dessous).

Ce test de cuisson consiste à relever le temps nécessaire à l’étalement de la coagulation de 150g de blanc d’œuf sur 100 % de la surface de cuisson de la poêle. Pour ce faire, on verse des blancs d’œufs battus dans une poêle froide. On démarre le moyen de chauffe puis on observe le pourcentage de coagulation après arrêt de la cuisson et rinçage sous eau de la part non coagulée des blancs d’œufs. On réitère l’opération en incrémentant le temps de cuisson de 10 secondes, jusqu’à coagulation complète des blancs d’œufs.

L’augmentation du rapport d’épaisseur par rapport au standard permet ainsi de réduire significativement ce temps de cuisson tout en diminuant le poids de l’article culinaire.

[Tableau 6]

D’autres essais ont été réalisés avec deux prototypes en alliage 5754 et avec deux prototypes en alliage 5083 (poêle de diamètre 28 cm, correspondant à la variante de réalisation de la figure 5, avec une épaisseur de paroi latérale de 1 ,9 mm ou de 1 mm, une épaisseur de paroi de fond de 4,5 mm ou de 8 mm, une hauteur de paroi latérale de 55 mm, un diamètre de fond de 225 mm, et un diamètre de grille inox ajourée de 205 mm, représentée sur la figure 4). L’article culinaire de référence utilisé est également la poêle P028GCBV Expertise (poêle de diamètre 28 cm Grand Chef Bord verseur, réalisée en alliage 4006, correspondant à la variante de réalisation de la figure 3, avec une épaisseur de paroi latérale de 3 mm, une épaisseur de paroi de fond de 4,5 mm, une hauteur de paroi latérale de 55 mm, un diamètre de fond de 210 mm, et un diamètre de grille inox ajourée de 205 mm, représentée sur la figure 4).

TEST DE PRECHAUFFE

Les essais de préchauffe ont été réalisés sur une plaque à induction dans les mêmes conditions que le test précédent, hormis la puissance moyenne de l’ordre de 2000 W au lieu de 2200W. [Tableau 7]

TEST PRE CHAUFFE

Calcul de l'écart de T° max - min sur la surface de cuisson quand T° max = 180°C

Pour un alliage donné, on remarque que l’augmentation du rapport paroi de fond/paroi latérale améliore l’homogénéité de chauffe de l’article culinaire. On remarque également qu’avec les alliages série 5000 une homogénéité de chauffe meilleure que celle de l’article culinaire de référence peut être obtenue, en utilisant un rapport paroi de fond/paroi latérale plus important.