En 2018, nous avons découvert les premières machines à espresso avec chauffage à couche épaisse. En 2024, la technologie du chauffage à couche épaisse en tant que Flow Through Heater, Fast Through Heater ou ThermoJet est arrivée sur le marché des machines à espresso et des Kaffeemacher. Les chauffages à couche épaisse ont non seulement surpassé le thermobloc en termes de performances et de flexibilité, mais ils mettent de plus en plus sous pression les fabricants de machines à espresso traditionnelles avec chaudière.
En 2018, nous avons testé la Sage Bambino du fabricant australien Breville, qui opère en Europe sous le nom Sage Appliances. La machine était impressionnamment rapide à atteindre la température, mais laissait à désirer en matière de stabilité de température. Peu après, la Sage Barista Pro s'est retrouvée sur notre banc d'essai et à partir de ce moment, il était clair : le potentiel des chauffages à couche épaisse est énorme.
Les deux machines étaient équipées d'un chauffage à couche épaisse de l'entreprise néerlandaise Ferro Techniek. Tandis que Sage a introduit ses « chauffages à couche épaisse » avec le nom commercial tendance « ThermoJet », les éléments chauffants sont appelés Flow Through Heater par le fabricant lui-même. Comment fonctionne le « Flow Through Heater », dans quelles machines on le trouve désormais et ce que cela signifie pour le marché, c'est le sujet de cet article.
Maro, Zuriga, Sage et autres
Qu'ont en commun Maro, Zuriga Generation 2 et Unica avec les Sage Bambino et Sage Barista Pro ? Elles partagent une technologie de chauffage, à savoir le chauffage à couche épaisse. Et elles sont en bonne compagnie. Car la Tone Filterkaffeemaschine, le Aiden Precision Coffee Maker ou le système de lait ETNA misent également sur le chauffage à couche épaisse. La liste des fabricants qui optent pour les chauffages à couche épaisse de Ferro sera bientôt complétée par deux autres machines à espresso innovantes : Roxy Espresso et nunc.
Ferro Techniek
Quelle histoire de succès remarquable l'entreprise néerlandaise de Gaanderen en Gueldre peut exhiber. L'entreprise est spécialisée dans les éléments chauffants à couche épaisse imprimés sur des substrats métalliques et offre des solutions sur mesure pour différents secteurs. Ferro fait partie du groupe Otter Control et produit aux Pays-Bas, en Hongrie, en Grande-Bretagne, en Chine et dans le sud de la Chine en collaboration avec Otter. Le siège principal de Gaanderen emploie environ 50 collaborateurs, 80 autres à Budapest chez Ferro Electronics. Le groupe Otter compte environ 1500 collaborateurs dans le monde.
L'histoire du Flow Through Heater de Ferro a commencé à prendre de l'ampleur en 2013. Le fabricant a assemblé un « kit de développement » contenant tout ce qui était nécessaire pour construire des applications de prototype. Le kit comprenait donc, en plus du FTH MK2, une pompe, un débitmètre ainsi qu'une carte de contrôle. Ce kit a été commandé par environ 100 entreprises.
Il est intéressant de noter que Ferro a déjà développé en 2007 une version plus ancienne du FTH, le soi-disant « FTH MK1 ». Celui-ci pouvait cependant gérer un maximum de 2,5 bar de pression et était donc utilisé dans les machines avec dosettes. Pour l'infusion d'espresso, des normes de pression allant jusqu'à 15 bar selon la pompe sont nécessaires.
Le « FTH MK2 », qui convient à l'espresso et peut également générer de la vapeur pour la mousse de lait, a été finalisé en 2010 comme preuve de concept. La production du FTH a ensuite été augmentée en 2015, Sage/Breville jouant un rôle central en tant que premier arrivant dans l'histoire du succès du chauffage à couche épaisse.
Protocole de mesure d'électricité enregistré par nos soins de la Maro Model 1.
Quels sont les points forts du chauffage à couche épaisse ?
Le chauffage à couche épaisse présente plusieurs avantages par rapport aux chaudières et aux systèmes thermobloc.
Temps de préchauffage rapides :
La faible masse thermique du FTH permet des temps de préchauffage extrêmement rapides, car seule une petite quantité d'eau doit être chauffée. La Maro Model 1 ne nécessite par exemple que 4 minutes pour atteindre la température de fonctionnement. La Zuriga E2 Generation 2 se préchauffe même en seulement 2 minutes. Le chauffage à couche épaisse est encore plus rapide à être prêt. Ce sont les éléments thermiques plus lents – comme le porte-filtre – qui traînent derrière le Flow Through Heater.
Efficacité énergétique :
Les systèmes FTH sont plus économes en énergie que les chaudières car ils chauffent à la demande. Cela évite le gaspillage d'énergie en maintenant de grandes quantités d'eau chaudes. La Zuriga E2 Generation 2 atteint une valeur maximale de 0,058 kWh pour 5 extraits doubles d'espresso y compris le temps de préchauffage. La Maro Model 1, la Sage Bambino et compagnie sont tout aussi efficaces. À titre de comparaison : de nombreuses machines à espresso avec chaudière consomment 0,2 à 0,5 kWh pour 5 extraits d'espresso y compris le temps de préchauffage.
Contrôle précis de la température :
La forme plate et le transfert de chaleur direct du FTH permettent une régulation très précise et rapide de la température de l'eau. Ceci est crucial pour l'extraction de l'espresso, car les fluctuations de température peuvent affecter négativement le goût du café. La Maro Model 1 établit de nouveaux points de repère ici et compte déjà parmi les trois machines à espresso les plus précises en matière de stabilité de température après 4 minutes, que nous ayons jamais mesurées. Cette comparaison se maintient également face aux chaudières qui ont eu le temps de se préchauffer et ont atteint leur équilibre thermique. Il est intéressant de noter qu'une adaptation rapide de la température à la hausse comme à la baisse est possible. Dans les machines à espresso avec chaudière, notamment le refroidissement est long en raison de la masse thermique élevée.
Le FTH est équipé par défaut d'un capteur NTC qui mesure la température dans le canal d'eau.
Pics de performance lors de l'application de chaleur :
Lors de la génération de vapeur, le véritable potentiel des chauffages à couche épaisse se manifeste. En quelques secondes, les chauffeurs sont opérationnels.
Aptitude à la fréquence :
Les performances de la machine à espresso Maro avec son FTH de 2300 watts montrent que la technologie est en principe appropriée pour la gastronomie. Nous n'avons observé aucune perte de performance ni dans le protocole de température WBC ni lors de la mousse.
Construction compacte :
La petite taille et la forme plate du FTH permettent le développement de machines à espresso plus compactes ou l'intégration du FTH dans le groupe de brassage, par exemple pour le chauffage du porte-filtre. Ferro propose un chauffage à couche épaisse plat spécialisé de 60W pour le groupe, qui peut être intégré dans le groupe de brassage de la machine à espresso à porte-filtre.
Sans temps d'attente pour la température :
Le chauffage à couche épaisse est immédiatement opérationnel. Il ne nécessite pratiquement pas de temps de préchauffage. Ce sont les autres composants, comme le porte-filtre, les tuyaux et le groupe de brassage, qui doivent d'abord être portés à température.
Moins de calcaire :
Ferro indique qu'il y a moins de formation de calcaire dans le chauffage à couche épaisse. Les raisons pourraient résider dans le fait qu'aucune eau stagnante ne reste dans le chauffage à couche épaisse. Un détartrage indépendant du chauffage à couche épaisse est en tout cas possible – contrairement à de nombreuses machines à espresso avec chaudière.
Comment fonctionnent les chauffages à couche épaisse ?
L'eau à chauffer s'écoule généralement à travers un canal intégré au substrat du chauffage à couche épaisse. Ce canal peut avoir différentes formes pour optimiser le débit de l'eau et maximiser le transfert de chaleur.
Voici quelques points importants concernant la construction du canal :
- Matériau : Le canal est généralement constitué du même matériau que le substrat, typiquement l'acier inoxydable.
- Forme : Le canal peut avoir une simple forme tubulaire ou des géométries plus complexes pour influencer le débit de l'eau et créer des turbulences.
- Intégration : Le canal est intégré au substrat par des procédés de fabrication spécialisés, par exemple l'emboutissage profond.
- Étanchéité : Après la fabrication du canal, les entrées et sorties sont étanchéifiées pour éviter les fuites d'eau.
- Connexion : Les entrées et sorties du canal sont connectées aux conduites d'arrivée et de sortie d'eau de l'appareil dans lequel le FTH est utilisé.
Grâce à l'intégration du canal dans le substrat du FTH, un transfert de chaleur direct et efficace est garanti de l'élément chauffant à l'eau. La forme du canal peut être conçue de manière à ce que la vitesse d'écoulement et les turbulences de l'eau soient optimisées, ce qui contribue à un chauffage plus rapide et plus uniforme.
Intégration et contrôle des capteurs de température
Nous avons déjà testé bon nombre des machines à espresso mentionnées ci-dessus pour leur stabilité de température. Tandis que certains fabricants atteignent des températures très précises, les températures fluctuent considérablement chez d'autres. Le chauffage à couche épaisse permet un contrôle et une mesure très précis de la température. Cependant, une très bonne boucle de régulation est nécessaire pour obtenir des températures précises.
L'intégration de capteurs de température et la régulation précise qui en découle sont des aspects décisifs pour le fonctionnement optimal des chauffages à couche épaisse (FTH). Ils permettent une surveillance précise de la température et une adaptation dynamique de la puissance de chauffage pour maintenir la température souhaitée de manière constante.
Par défaut, un capteur de température NTC est situé dans le canal d'eau pour mesurer aussi précisément que possible la température de l'eau qui s'écoule. Il existe différentes options de placement. Cette méthode offre la plus grande précision, mais nécessite une encapsulation étanche du capteur.
Alternativement, le capteur peut être montré sur la surface du substrat à proximité du canal. Cette méthode est plus simple à mettre en œuvre, mais peut entraîner une précision de mesure inférieure.
Pour contrôler la puissance de chauffage, une boucle de régulation est utilisée qui compare les valeurs mesurées par le capteur de température à la valeur de consigne et ajuste la puissance de chauffage du FTH en conséquence.
Les systèmes FTH modernes utilisent souvent des microcontrôleurs pour assurer la régulation. Ceux-ci permettent une régulation hautement précise et flexible de la puissance de chauffage en fonction de différents 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 de manière à ce que la température souhaitée soit atteinte et maintenue.
- Vitesse d'écoulement de l'eau : Dans certaines applications, comme les machines à café, la vitesse d'écoulement de l'eau peut varier. Le microcontrôleur tient compte de ces fluctuations et ajuste la puissance de chauffage en conséquence pour assurer la température de sortie souhaitée.
- Contrôle dépendant du temps : Dans certaines applications, il peut être nécessaire de faire varier la température de l'eau sur une période donnée. Le microcontrôleur peut réguler ces profils de température dépendant du temps avec précision, par exemple pour créer des conditions d'infusion optimales pour différentes variétés de café.
L'intégration de capteurs de température et la régulation basée sur microcontrôleur permettent une régulation de température hautement précise et flexible dans les systèmes FTH.
Cela fait de ces systèmes une solution idéale pour les applications qui nécessitent un chauffage rapide et précis de l'eau ou d'autres liquides, comme dans les machines à café, les bouilloires électriques et les processus industriels.
Systèmes différents, FTH différents
Déjà avec les machines à espresso que nous avons testées, nous avons rencontré différents Flow-Through-Heater de Ferro. Tandis que la Maro opte pour l'élément le plus puissant possible dans notre circuit électrique, soit un élément de 2300 watts, la Sage Bambino se contente du FTH II 1500 W. Zuriga, en revanche, opte pour un modèle de 1400 watts pour la génération de vapeur et le brassage ainsi qu'un modèle de 600 watts dans le groupe pour le chauffage du porte-filtre.
Défis et perspectives d'avenir
La régulation précise du FTH pose un défi car elle peut réagir très rapidement et des fluctuations de température peuvent survenir si la régulation n'est pas optimale. Contrairement à la chaudière, il y a pratiquement pas de masse thermique qui contribuerait à la stabilisation de la température cible.
Cela nécessite une sensorique et une technique de régulation sophistiquées. Que cela ne réussisse pas toujours, nous le voyons particulièrement chez certains modèles anciens du fabricant Sage/Breville. La performance en termes d'intégration de la technologie dans la largeur du marché est hautement crédible pour Sage. Tandis qu'avec les premiers modèles comme la Bambino et la Barista Pro, des fluctuations étaient attendues en raison de la nouvelle application de la technologie, il y avait amplement de temps pour faire des étapes de développement. Cependant, nos premiers tests de la Sage Oracle Jet indiquent qu'il reste une marge de progression.
Pendant ce temps, d'autres fabricants comme Zuriga et Maro montrent quel énorme potentiel réside dans la technologie du chauffage à couche épaisse pour les machines à espresso. La technologie est polyvalente et convient aussi bien au chauffage de l'eau de brassage, à la génération de vapeur qu'à la chauffe du groupe de brassage et du porte-filtre.
Je suis convaincu qu'une nouvelle ère du marché des machines à espresso a commencé avec le chauffage à couche épaisse. Surtout pour les machines à espresso pour la maison, le chauffage à couche épaisse offre exclusivement des avantages par rapport aux systèmes à chaudière.
Dans un contexte gastronomique, cela peut être différent, bien que nous soyons impatients de voir les premiers usages de chauffages à couche épaisse aussi là. Tone travaille au développement d'une machine à espresso gastronomique avec chauffage à couche épaisse, et les performances de la Maro sont en principe adaptées à la gastronomie. Il ne manque à la machine qu'un raccordement à l'eau ainsi qu'une évacuation. Les performances des chauffages à couche épaisse ont été stables même à haute fréquence et lors de l'exécution du protocole WBC.
Machines avec chauffage à couche épaisse
Cette liste sera complétée. Si vous trouvez d'autres machines avec chauffage à couche épaisse, merci de nous l'indiquer 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 clarifier)
- 2022/23 : Tone Filterkaffeemaschine
- 2024 : Sage/Breville OracleJet
- 2024 : Maro Model 1 - (FTH II 2300W)
- 2024 : Aiden Precision Coffee Maker
- 2024 : Zuriga Generation 2 : (FTH II 1400W)
- Système de lait ETNA
- Machine à espresso Tone (prototype présenté au Host 2023. Lancement encore incertain)
- Roxy Espresso
- nunc. coffee
- datum.coffee
