Cette étude porte sur la cuisson en autocuiseurs qui sont des appareils de cuisson domestiques sous pression. L'objectif principal est la compréhension de la cuisson dans un autocuiseur au travers de l'étude des transferts thermiques couplés en régime transitoire pour la température, la pression interne, la puissance de chauffe fournie, la composition de l'atmosphère de cuisson et surtout les mécanismes de transferts (conduction, convection, ébullition et condensation par exemple). Cette compréhension doit permettre une optimisation de la cuisson. Seule la cuisson de légumes, en particulier de carottes dans la phase gazeuse, est étudiée. La cuisson en autocuiseur s'effectue en trois étapes : la montée en pression, le maintien en pression et la décompression. C'est le chauffage par le bas de l'appareil initialement clos et contenant un fond d'eau qui permet une augmentation de la pression par production de vapeur. Le niveau de pression est ensuite limité par l'ouverture d'une soupape classiquement autour 1,5 bar, soit une température de vapeur saturante de 112° C. Nous avons mis au point une méthode mécanique pour l'évaluation du niveau de cuisson par l'évolution de la texture des carottes. Ceci nous a permis par la suite de comparer différents modes opératoires pour un même niveau de cuisson final. Expérimentalement, un pilote basé sur un autocuiseur a été construit. Il permet la maîtrise de la conduite (pression, puissance de chauffe, etc.) et un grand nombre de mesures (températures, débit sortant, composition locale, etc.) La modélisation apparaît nécessaire pour décrire la complexité des couplages et la transition entre les différents mécanismes de transfert. Ainsi, deux modèles ont été développés : un modèle considérant des flux de matière et de chaleur entre différents compartiments (gaz, eau, paroi, aliment, etc.) et un modèle d'écoulement et de transfert de type CFD. Ils permettent de faire des analyses que n'autorise pas l'expérimentation et d'explorer d'autres profils de cuisson en vue d'une optimisation de la conduite de l'autocuiseur. Les modèles ont été validés dans un certain nombre de cas. Les résultats obtenus permettent de comprendre l'importance de certains phénomènes comme l'ébullition et la condensation en fonction de la teneur en air résiduel. On constate que l'ensemble de la cuisson se fait principalement en conditions non-stationnaires, même pendant le maintien en pression car la fuite par la soupape provoque un appauvrissement progressif de l'air dans l'atmosphère interne. Les effets des différents évènements thermiques sur la montée en température de l'aliment ont pu être mis en évidence et quantifiés pour la plupart. Une première optimisation de la conduite est avancée pour limiter la consommation énergétique de la cuisson.

Le phénomène d'ébullition, d'un point de vue énergétique, présente un réel enjeu dans de nombreux domaines. Ce mémoire, à caractère expérimental, traite du cas d'une bulle de vapeur unique générée sous un élément chauffant, ce qui permet de maîtriser la croissance jusqu'à des tailles importantes. Deux techniques, optique (traitement d'image) et thermique (fluxmètre, thermocouples), sont mises en œuvre simultanément. La première partie du mémoire traite des transferts de chaleur et de masse dans le cas d'un liquide (FC-72) dégazé. L'influence de différents paramètres significatifs (puissance de chauffe, niveau de sous refroidissement, inclinaison) sur le phénomène d'ébullition est étudiée grâce à une expérimentation systématique. La dynamique de la bulle, dans la configuration retenue, est analysée et conduit à une loi de croissance en tn, où l'exposant « n » est uniquement fonction des paramètres thermiques. Le flux lié au changement de phase est quantifié et ne contribue que faiblement à l'amélioration des échanges de chaleur en ébullition. Il existe une corrélation évidente entre les transferts de chaleur et la fréquence d'émission des bulles de vapeur. L'augmentation de cette dernière améliore les transferts. La seconde partie du mémoire traite des écoulements de liquide autour de la bulle de vapeur. Ceux-ci, d'origine thermocapillaire (convection Marangoni), n'apparaissent que dans le cas d'un fluide non dégazé et résultent de la présence de gaz incondensables dissous dans le FC-72. Les différents régimes d'écoulement (stationnaire et oscillatoire) sont mis en évidence et la courbe limite de transition entre ces deux régimes est définie. Les différents résultats obtenus ont permis de valider l'utilisation du fluxmètre thermique, outil de mesure original.