L'incroyable technologie du vide

J'ai récemment commencé à utiliser une bouteille sous vide vieille de 50 ans ayant appartenu à mon grand-père afin de ne pas avoir à quitter le donjon aussi souvent pour me procurer plus de caféine. En plus d'avoir l'air totalement génial sur mon bureau latéral, cette chose fonctionne toujours comme neuve, du moins pour autant que je sache – elle est plus vieille que moi.

Bien sûr, cela m’a amené à me demander comment fonctionnent exactement les flacons sous vide, mieux connus dans les cercles domestiques sous le nom de thermos, et comment ils ont été inventés. Le flacon sous vide est une technologie étonnamment ancienne. Il a été inventé pour la première fois par le chimiste écossais Sir James Dewar et présenté au Royal Institute en 1892. Six ans plus tard, il sera le premier à liquéfier l'hydrogène et est considéré comme l'un des pères fondateurs de la cryogénie.

À l’époque, la liquéfaction des gaz était un processus coûteux et il était important de les maintenir fluides le plus longtemps possible. Le flacon de Sir Dewar était constitué de deux flacons séparés par un quasi-vide qui assure une grande partie du travail de rétention de la chaleur. La chaleur ne peut pas voyager à travers le vide, de sorte que le contenu reste à température beaucoup plus longtemps qu'il ne le serait à l'extérieur du flacon.

Ces récipients ont de nombreuses utilisations autres que garder votre café chaud ou votre thé glacé. Ils sont largement utilisés dans les domaines industriel, scientifique et médical, depuis la préservation des fluides corporels et des tissus jusqu'à la mesure de l'énergie électrique, l'enregistrement de la météo et la détection du taux de montée d'un avion. Des flacons scellés sous vide sont également utilisés dans les appareils IRM pour garder l’aimant supraconducteur au frais. Et ils sont toujours utilisés pour garder les gaz liquéfiés liquides.

Pourquoi les flacons sous vide sont-ils si efficaces pour retenir la chaleur ? Cela dépend de la façon dont vous voyez les choses, car il existe quatre façons principales de décrire la perte de chaleur : la convection, la conduction, le rayonnement et l’évaporation.

En partant du haut, ce couvercle hermétique ferme la chambre et empêche le transfert de chaleur par convection et par évaporation. Le quasi-vide entre les flacons intérieur et extérieur contribue à prévenir davantage la perte de chaleur par convection.

Les parois fines du flacon empêchent la conduction thermique de la même manière que vous pouvez mettre une seule feuille de papier d'aluminium dépliée dans le four grille-pain, la régler aussi haut que vous le souhaitez et la retirer à mains nues lorsque votre petit pain bratwurst est grillé. Les parois minces ont moins de masse, elles ne détournent donc pas la chaleur du liquide à l'intérieur du récipient.

À l’époque où les flacons étaient recouverts de verre, ils étaient recouverts d’un revêtement argenté qui empêchait la perte de chaleur par rayonnement. Les gens en avaient assez de remplacer leur thermos à chaque fois qu'ils le laissaient tomber, c'est pourquoi les flacons d'aujourd'hui sont beaucoup plus susceptibles d'être doublés d'acier.

En regardant le 21ème siècle, il est facile de supposer que les applications chaudes et froides ont été pensées en même temps, mais ce n'est pas le cas. Le flacon scellé sous vide n'était pas la première incursion de Sir James Dewar dans le maintien de la température à long terme. Avec le physicien et compatriote Peter Tait, il avait développé, vingt ans plus tôt, un gobelet isolé sous vide pour maintenir les substances au chaud. Le flacon à vide de Sir Dewar destiné à garder les gaz liquéfiés au frais avait un col beaucoup plus étroit que le gobelet chaud, et il était recouvert d'un revêtement d'argent qui empêchait la perte de chaleur par rayonnement.

Sir Dewar était notoirement impétueux. Il s'était brouillé avec Alfred Nobel au sujet du brevet de la cordite et n'avait jamais breveté son flacon sous vide. L'un de ses souffleurs de verre, Reinhold Burger, et un autre souffleur de verre, Albert Aschenbrenner, ont découvert que le flacon gardait également le lait pour bébé au chaud pendant plusieurs heures et ont réalisé son potentiel commercial. Ils ont breveté le Thermos en 1904. Sir Dewar a ensuite perdu son procès contre l'entreprise. Bien qu'ils l'aient reconnu comme l'inventeur, il n'avait pas breveté son invention, ils étaient donc dans leur droit.

Voici un fait amusant sur la thermodynamique, gracieuseté de notre propre [Adam Zeloof] : une bière posée sur le côté dans le réfrigérateur refroidira plus rapidement que la canette verticale à côté. En effet, les cylindres horizontaux ont un transfert de chaleur plus élevé que les cylindres verticaux en ce qui concerne la convection naturelle. Cela vaut pour n’importe quel liquide dans un cylindre scellé, pas seulement pour le type pétillant et alcoolisé. Alors n'oubliez pas que la prochaine fois, la bodega ne propose que des caisses chaudes de Pabst Blue Ribbon et des bouteilles de Club Mate. Refroidissez-le sur le côté, puis versez-le dans une fiole sous vide.