L’incroyable technologie du flacon sous vide

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

La fiole sous vide originale de Sir James Dewar.
La fiole sous vide originale de Sir James Dewar. Image via l’Institut royal

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 d’abord été inventé par le chimiste écossais Sir James Dewar et présenté au Royal Institute en 1892. Six ans plus tard, il serait la première personne à liquéfier l’hydrogène et est considéré comme un père fondateur de la cryogénie.

À l’époque, la liquéfaction des gaz était un procédé coûteux, et il était important de les maintenir à l’état fluide le plus longtemps possible. Le ballon de Sir Dewar se composait de deux ballons séparés par un quasi-vide qui fait une grande partie du travail de rétention de la chaleur. La chaleur ne peut pas traverser le vide, de sorte que le contenu reste à température beaucoup plus longtemps qu’il ne le ferait à l’extérieur du ballon.

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

Des autoroutes pour la chaleur

Quatre grandes méthodes de transfert de chaleur.
Les quatre principales méthodes de transfert de chaleur. Image via Xaktly

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

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

Les parois minces du ballon empêchent la conduction de la chaleur 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 pain bratwurst est grillé. Les parois minces ont moins de masse, elles ne conduisent donc pas la chaleur du liquide à l’intérieur du récipient.

À l’époque où les flacons étaient recouverts de verre, ils avaient un revêtement en argent qui empêchait la perte de chaleur par rayonnement. Les gens étaient fatigués de remplacer leur thermos à chaque fois qu’ils le faisaient tomber, donc les flacons d’aujourd’hui sont beaucoup plus susceptibles d’être garnis d’acier à la place.

Opportunités ratées

Brevet de Burger et Aschenbrenner qui est devenu le Thermos. Image via le brevet américain #872795

Avec le recul du 21e 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. La fiole 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 un gobelet isolé sous vide pour garder les substances au chaud une vingtaine d’années plus tôt. Le flacon sous vide de Sir Dewar destiné à maintenir les gaz liquéfiés au frais avait un col beaucoup plus étroit que le gobelet chaud et il était recouvert d’un revêtement en argent qui empêchait la perte de chaleur par rayonnement.

Sir Dewar était célèbre pour son impétuosité. Il s’était brouillé avec Alfred Nobel à propos du brevet de la cordite et n’avait jamais fait breveter sa fiole sous vide. L’un de ses souffleurs de verre, Reinhold Burger, avec un autre souffleur de verre Albert Aschenbrenner, a découvert que le flacon gardait également le lait pour bébé au chaud pendant plusieurs heures et a réalisé son potentiel commercial. Ils ont breveté le Thermos en 1904. Sir Dewar a ensuite perdu son procès contre la société. 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 couchée sur le côté dans le réfrigérateur refroidira plus vite 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 le type pétillant et alcoolisé. Alors, n’oubliez pas que la prochaine fois que la bodega n’a que des caisses chaudes de Pabst Blue Ribbon et des bouteilles de Club Mate. Refroidissez-le sur le côté, puis versez-le dans un flacon sous vide.