Les nouvelles générations de bouteilles isothermes (appelons-les thermos) sont construites autour de deux couches d’inox avec un vide qui va faire isolation thermique. On peut voir les deux couches comme deux poupées russes emboîtées l’une dans l’autre. Un vide relatif est créé entre les cloisons, le vide absolu ne conduit pas la chaleur par conduction et convection. Le vide n’est pas complet et une petite partie de la chaleur s’échappe par ce pseudo vide mais c’est surtout au niveau du bouchon et par conduction au niveau de la jonction entre les deux bouteilles que la chaleur s’échappe (ou entre). On le voit bien avec une caméra thermique, la chaleur s’évacue par le haut de la bouteille. L’avantage de cette construction est le gain en compacité et en poids par rapport aux thermos d’antan. L’inconvénient est une qualité isolante inférieure et une fragilité importante. Si avant, le verre pouvait se casser, maintenant il suffit d’un petit choc qui emboutit la bouteille pour qu’il se crée un pont thermique qui réduit considérablement ses capacités isolantes.
Utilisation : une bouteille isotherme est bien utile en
milieu froid. En montagne par exemple. Cela permet de se réchauffer, de
boire de la neige en faisant fondre un peu de neige avec un peu d’eau
chaude mêlée dans le bouchon gobelet. D’autre part, cela permet de
conserver de l’eau chaude pour un repas ultérieur lorsqu’on fait
chauffer de l’eau. Le matin par exemple, il peut être inutile de
rallumer le réchaud si la veille on a fait chauffer l’eau pour le
lendemain.
Modélisation : on peut modéliser la perte calorique d’une
thermos assez facilement. Le modèle permet de plus facilement comparer
les thermos entre elles et il permet d’extrapoler aux thermos de volume
différents.
Un premier modèle permet de prédire la température de l’eau à différents instants : Teau(t+1) = Teau(t) - α(Teau(t)-Tair)
Avec :
Teau(t) étant la température de l’eau au moment t
t, le temps discrétisé en heure
Tair, la température de l’air
α est le paramètre propre à chaque thermos, plus α est petit et meilleure est l’isolation.
Ce modèle veut simplement dire qu’à chaque heure qui passe, on enlève
une partie des calories et cette partie est d’autant plus grande que la
différence entre Teau et Tair est élevée.
En confrontant le modèle avec la réalité observée, on s’aperçoit que ça fonctionne assez bien.
Voir un meilleur modèle proposé par les élèves du BTS Systèmes Électroniques du lycée Cabanis à Brive la Gaillarde
On peut assez facilement calculer α d’après les observations avec la formule déduite du modèle : α=(Teau(t)-Teau(t+1))/(Teau(t) - Tair)
Nous avons des thermos de contenance différentes. Ce qui est
intéressant, c’est que pour deux modèles, nous avons testé la thermos
dans deux volumes différents. Les Laken 0,5l et 1l et les Primus en
0,5l et 1l. De ces observations nous avons tiré un modèle pour pouvoir
extrapoler aux autres volumes.
α(v) = α(1)/v0,58
et donc pour deux volumes arbitraires v et v’ on a cette relation α(v) = v’0,58α(v’)/ v0,58
Ce qui permet de déduire une valeur approximative de α de n’importe quel volume dès que l’on connaît l’α d’un volume donné.
Grâce à cette relation, pour toutes les bouteilles isothermes, nous calculons un α normalisé
pour un volume de 1l ce qui permet de comparer les bouteilles entre
elle indépendamment de leur volume.
Observations :
Un ordre de grandeur observé : on constate une chute de température de
l’ordre de 2°C à 4°C par heure selon les modèles de bouteilles
isothermes lorsque la différence de température est de l’ordre de 70°C
entre l’eau et l’air.
Comparaison thermique
Nous avons mis toutes les bouteilles isothermes en même temps dans une
pièce de température (12°C) et air stables. Mesure toutes les heures
avec un thermomètre sonde digital. Eau à 97°C au départ. Mesures sur 8
heures et à H+22. Les notes thermiques sont étalonnées entre 10/20 et
20/20 directement à partir de la valeur α et sont relatives seulement à
l’échantillon de thermos de ce test. Elles permettent seulement une
lecture plus aisée de l’α.
Note : la chute brutale entre la première et la deuxième mesure vient du fait que l'eau réchauffe la thermos qui est à température ambiante. On peut compter 4°C de perte thermique dû à cela...
Nous avons testé 5 marques et 8 bouteilles isothermes de différentes contenances. Vous trouverez les fiches pour chacune de ces bouteilles isothermes en cliquant sur les liens ci-dessous :
