En 2018, nous avons découvert les premières machines à expresso équipées de résistances à film épais. Dès 2024, cette technologie, également connue sous les noms de Flow Through Heater , Fast Through Heater ou ThermoJet, s'est imposée sur le marché des machines à expresso et à café. Les résistances à film épais ont non seulement surpassé les thermoblocs en termes de performance et de flexibilité, mais elles exercent également une pression croissante sur les fabricants de machines à expresso traditionnelles à chaudière.
En 2018, nous avons testé la Sage Bambino du fabricant australien Breville, commercialisée en Europe sous le nom de Sage Appliances . La machine chauffait très rapidement , mais la stabilité de sa température laissait à désirer. Peu après, nous avons également testé la Sage Barista Pro , et là, une évidence s'est imposée : le potentiel des résistances à couche épaisse est immense.
Les deux machines étaient équipées d'un élément chauffant à couche épaisse de la société néerlandaise Ferro Techniek . Si Sage a commercialisé ses éléments chauffants à couche épaisse sous le nom marketing novateur de « ThermoJet », le fabricant les désigne quant à lui sous l'appellation d'éléments chauffants à flux continu. Cet article explique le fonctionnement de ces éléments chauffants, les machines dans lesquelles ils sont actuellement utilisés et leurs implications pour le marché.
Maro, Zuriga, Sage et compagnie.
Qu'ont en commun les machines Maro , Zuriga Generation 2 et Unica avec les Sage Bambino et Sage Barista Pro ? Elles partagent toutes la même technologie de chauffe : le dispositif à film épais. Et elles ne sont pas les seules. La machine à café filtre Tone , la cafetière de précision Aiden et le système de lait ETNA utilisent également ce dispositif. La liste des fabricants utilisant les dispositifs à film épais de Ferro s'enrichira prochainement de deux nouvelles machines à expresso innovantes : la Roxy Espresso et la nunc .
Ferro Techniek
Quelle incroyable réussite pour cette entreprise néerlandaise de Gaanderen, dans le Gueldre ! Spécialisée dans les éléments chauffants à couche épaisse imprimés sur substrats métalliques, Ferro propose des solutions sur mesure pour divers secteurs industriels. Filiale du groupe Otter Control, l'entreprise possède des usines aux Pays-Bas, en Hongrie, au Royaume-Uni, en Chine et dans le sud de la Chine en partenariat avec Otter. Son siège social à Gaanderen emploie une cinquantaine de personnes, tandis que Ferro Electronics, à Budapest, en compte quatre-vingts autres. Le groupe Otter emploie environ 1 500 personnes dans le monde.
L'histoire du réchauffeur à flux continu de Ferro a véritablement pris son envol en 2013. Le fabricant a conçu un kit de développement complet comprenant tout le nécessaire pour la réalisation de prototypes. Outre le réchauffeur FTH MK2, le kit incluait également une pompe, un débitmètre et une carte de contrôle. Une centaine d'entreprises ont commandé ce kit.
Il est intéressant de noter que Ferro avait déjà développé une version antérieure de la FTH, la « FTH MK1 », dès 2007. Cependant, cette version ne supportait qu'une pression maximale de 2,5 bars et était donc destinée aux machines à dosettes. Or, la préparation d'un espresso requiert une pression pouvant atteindre 15 bars, selon la pompe.
Le « FTH MK2 », adapté à l'espresso et capable également de générer de la vapeur pour faire mousser le lait, a été finalisé comme prototype en 2010. La production du FTH s'est ensuite intensifiée en 2015, Sage/Breville, en tant que pionnier, jouant un rôle central dans le succès de cet élément chauffant à film épais.
Journal de mesures actuel du modèle Maro 1 enregistré par nos soins.
Quels sont les points forts du chauffage à couche épaisse ?
Le réchauffeur à couche épaisse présente plusieurs avantages par rapport aux chaudières et aux systèmes à thermobloc.
Temps de chauffe rapides :
La faible inertie thermique du système de chauffage à flux continu (FTH) permet une chauffe extrêmement rapide, car seule une petite quantité d'eau doit être chauffée. Par exemple, la Maro Model 1 atteint sa température de fonctionnement en seulement 4 minutes. La Zuriga E2 Generation 2 chauffe en seulement 2 minutes. Le système de chauffage à film épais est encore plus rapide. Ce sont les éléments thermiques plus inertes, comme le porte-filtre, qui mettent plus de temps à chauffer que le système à flux continu.
Efficacité énergétique :
Les systèmes FTH sont plus économes en énergie que les chaudières car ils ne chauffent que lorsque c'est nécessaire . Cela évite le gaspillage d'énergie lié au maintien d'une grande quantité d'eau chaude. La Zuriga E2 Generation 2 atteint une consommation maximale de 0,058 kWh pour 5 expressos doubles, temps de préchauffage inclus. La Maro Model 1, la Sage Bambino et les machines similaires affichent une efficacité équivalente. À titre de comparaison, de nombreuses machines à expresso avec chaudière consomment entre 0,2 et 0,5 kWh pour 5 expressos, temps de préchauffage inclus.
Contrôle précis de la température :
La conception plate et le transfert de chaleur direct du système FTH (Fiber-to-Heat) permettent un contrôle très précis et rapide de la température de l'eau. Ce point est crucial pour l'extraction de l'espresso, car les fluctuations de température peuvent altérer l'arôme du café. La Maro Model 1 établit de nouvelles normes en la matière et, après seulement 4 minutes, se classe parmi les trois machines à espresso les plus précises en termes de stabilité de température que nous ayons jamais mesurées. Cette performance est même comparable à celle des chaudières chauffées plus longtemps et ayant atteint leur équilibre thermique. De plus, des ajustements rapides de la température, à la hausse comme à la baisse, sont possibles. Avec les machines à espresso à chaudière, le refroidissement est particulièrement lent en raison de leur forte inertie thermique.
Le FTH est équipé de série d'un capteur NTC qui mesure la température dans le canal d'eau.
Performances optimales grâce à l'influence de la température :
Le véritable potentiel des réchauffeurs à couche épaisse se révèle dans la production de vapeur. Ces réchauffeurs sont opérationnels en quelques secondes.
Adéquation de la fréquence :
Les performances de la machine à expresso Maro, équipée d'un FTH de 2 300 watts, démontrent que cette technologie est parfaitement adaptée à un usage commercial. Nous n'avons constaté aucune perte de performance, ni lors du contrôle de la température du lait entier, ni lors du moussage.
Conception compacte :
La petite taille et la conception plate du FTH permettent le développement de machines à expresso plus compactes ou son intégration au groupe d'infusion, par exemple pour chauffer le porte-filtre. Ferro propose un élément chauffant plat à film épais de 60 W spécialement conçu pour le groupe d'infusion, qui peut être intégré au groupe d'infusion d'une machine à expresso à porte-filtre.
Pas de temps d'attente pour la prise de température :
L'élément chauffant à film épais est prêt à l'emploi immédiatement. Il ne nécessite pratiquement aucun préchauffage. Ce sont les autres composants, tels que le porte-filtre, les tuyaux et le groupe d'infusion, qui doivent d'abord être mis à température.
Moins de calcaire :
Ferro affirme que le dépôt de calcaire est moindre dans la résistance à film épais. Cela pourrait s'expliquer par l'absence d'eau stagnante. Quoi qu'il en soit, contrairement à de nombreuses machines à expresso à chaudière, la résistance à film épais peut être détartrée indépendamment.
Comment fonctionnent les résistances à couche épaisse ?
L'eau à chauffer circule généralement dans un canal intégré au substrat de l'élément chauffant à couche épaisse. Ce canal peut présenter différentes formes afin d'optimiser l'écoulement de l'eau et de maximiser le transfert de chaleur.
Voici quelques points importants concernant la construction du canal :
- Matériau : Le canal est généralement fabriqué dans le même matériau que le substrat, typiquement de l'acier inoxydable.
- Forme : Le canal peut avoir une forme tubulaire simple ou des géométries plus complexes pour influencer l'écoulement de l'eau et créer des turbulences.
- Intégration : Le canal est intégré au substrat à l'aide de procédés de fabrication spéciaux, par exemple l'emboutissage profond.
- Étanchéité : Une fois le canal fabriqué, les entrées et les sorties sont scellées pour empêcher les fuites d'eau.
- Raccordement : Les entrées et sorties du canal sont raccordées aux systèmes d'alimentation en eau et d'évacuation des eaux de l'appareil dans lequel le FTH est utilisé.
L'intégration du canal dans le substrat FTH assure un transfert de chaleur direct et efficace de l'élément chauffant à l'eau. La forme du canal peut être conçue pour optimiser la vitesse et la turbulence du flux d'eau, permettant ainsi un chauffage plus rapide et plus homogène.
Intégration et contrôle des capteurs de température
Nous avons déjà testé la stabilité de la température de nombreuses machines à expresso mentionnées ci-dessus. Si certains fabricants atteignent des températures très précises, d'autres présentent des fluctuations importantes. La résistance à film épais permet un contrôle et une mesure très précis de la température. Cependant, une boucle de régulation performante est indispensable pour obtenir des températures précises.
L'intégration de capteurs de température et la régulation précise qui en découle sont essentielles au fonctionnement optimal des résistances chauffantes à couche épaisse (FTH). Elles permettent un contrôle précis de la température et un ajustement dynamique de la puissance de chauffage afin de maintenir la température souhaitée à un niveau constant.
Par défaut, une sonde de température NTC est installée dans le canal d'eau afin de mesurer la température de l'eau en circulation avec la plus grande précision possible. Plusieurs options de placement sont possibles. Cette méthode offre la plus grande précision, mais nécessite un boîtier étanche pour la sonde.
Une autre solution consiste à fixer le capteur à la surface du substrat, près du canal. Cette méthode est plus simple à mettre en œuvre, mais peut entraîner une précision de mesure moindre.
Une boucle de régulation est utilisée pour réguler la puissance de chauffage , en comparant les valeurs mesurées du capteur de température avec la consigne et en ajustant la puissance de chauffage du FTH en conséquence.
Les systèmes FTH modernes utilisent souvent des microcontrôleurs pour la régulation. Ceux-ci permettent une régulation très précise et flexible de la puissance de chauffage en fonction de divers paramètres, tels que :
- Température de l'eau : Le microcontrôleur surveille la température de l'eau dans le canal de chauffage et ajuste la puissance de chauffage du FTH afin que la température souhaitée soit atteinte et maintenue.
- Débit d'eau : Dans certaines applications, comme les machines à café, le débit d'eau peut varier. Le microcontrôleur tient compte de ces fluctuations et ajuste la puissance de chauffage en conséquence afin de garantir la température de sortie souhaitée.
- Contrôle temporel : Dans certaines applications, il peut être nécessaire de faire varier la température de l’eau sur une période donnée. Le microcontrôleur peut contrôler précisément ces profils de température temporels afin de créer, par exemple, des conditions d’infusion optimales pour différents types de café.
L'intégration de capteurs de température et d'une commande par microcontrôleur permet un contrôle de température très précis et flexible dans les systèmes FTH.
Ces systèmes constituent ainsi une solution idéale pour les applications nécessitant un chauffage rapide et précis de l'eau ou d'autres liquides, comme dans les machines à café, les bouilloires et les processus industriels.
Systèmes différents, FTH différents
Nous avons déjà rencontré différents éléments chauffants Ferro à flux traversant dans les machines à expresso que nous avons testées. Alors que la Maro utilise l' élément le plus puissant de 2 300 watts disponible dans notre circuit électrique, la Sage Bambino se contente du FTH II de 1 500 W. La Zuriga, quant à elle, utilise un modèle de 1 400 watts pour la production de vapeur et l'infusion, et un modèle de 600 watts dans le groupe pour chauffer le porte-filtre.
Défis et perspectives d'avenir
Le contrôle précis des réchauffeurs de température de flux (FTH) représente un défi en raison de leur grande réactivité et des fluctuations de température peuvent survenir si le système de régulation n'est pas calibré de manière optimale. Contrairement à une chaudière, leur inertie thermique est quasi inexistante, ce qui limite la stabilisation de la température cible.
Cela exige une technologie de capteurs et une ingénierie de contrôle sophistiquées. Nous constatons que le succès n'est pas toujours au rendez-vous, notamment avec certains modèles initiaux du fabricant Sage/Breville. Sage mérite d'être salué pour son intégration réussie de cette technologie sur le marché. Si des fluctuations étaient prévisibles avec les premiers modèles comme le Bambino et le Barista Pro, compte tenu de la nouveauté de cette technologie, le temps a permis un développement optimal. Cependant, nos premiers tests du Sage Oracle Jet indiquent qu'il existe encore une marge de progression .
Parallèlement, d'autres fabricants comme Zuriga et Maro démontrent l'énorme potentiel de la technologie de chauffage par film épais pour les machines à expresso. Cette technologie est polyvalente et convient au chauffage de l'eau d'infusion , à la production de vapeur et au préchauffage du groupe d'infusion et du porte-filtre .
Je suis convaincu que la résistance à film épais a inauguré une nouvelle ère sur le marché des machines à expresso. En particulier pour les machines à expresso domestiques, elle offre des avantages indéniables par rapport aux systèmes à chaudière.
Dans le domaine de la gastronomie, la situation pourrait être différente, même si nous sommes impatients de voir les premières applications des résistances à film épais. Tone travaille au développement d'une machine à expresso professionnelle équipée d'une telle résistance, et les performances de la Maro sont par ailleurs parfaitement adaptées à un usage commercial. La machine est simplement dépourvue de raccordement et d'évacuation d'eau. Les performances de la résistance à film épais sont restées stables, même à haute fréquence et lors de l'exécution du protocole WBC.
Machines avec éléments chauffants à couche épaisse
Cette liste sera mise à jour. Si vous trouvez d'autres machines équipées de résistances à film épais, merci de nous le signaler dans les commentaires.
- 2019 : Sage/Breville Bambino (FTH II 2300W)
- 2018 : Sage/Breville Bambino Plus (FTH II 2300W)
- 2020 : Sage/Breville Barista Pro
- 2021 : Sage/Breville Barista Touch
- 2022 : Unica Pro (FTH II 1800W, à préciser)
- 2022/23 : Machine à café filtre Tone
- 2024 : Sage/Breville OracleJet
- 2024 : Maro Modèle 1 - (FTH II 2300W)
- 2024 : Cafetière de précision Aiden
- 2024 : Zuriga Génération 2 : (FTH II 1400W)
- Système laitier ETNA
- Machine à expresso Tone (prototype présenté à Host 2023. Date de lancement encore incertaine)
- Roxy Espresso (annoncé pour 2025)
- café nunc. (annoncé pour 2025)
