Pichets isothermes

Les pichets isothermes sont utilisés à la maison pour garder les boissons chaudes ou froides pendant longtemps, ainsi que dans de nombreux domaines industriels.

Conception

Un pichet isotherme se compose de deux récipients, l’un placé à l’intérieur de l’autre et relié au niveau du col. L’air est partiellement évacué de l’espace entre les deux récipients, créant un vide partiel qui réduit le transfert de chaleur par conduction ou convection. Le transfert de chaleur dû au rayonnement thermique peut être limité en argentant la surface du pichet tournée vers l’espace, mais cela peut poser problème si le contenu de la bouilloire ou l’environnement est très chaud ; c’est pourquoi les bouilloires isothermes maintiennent généralement l’eau en dessous de son point d’ébullition. La majeure partie du transfert de chaleur se fait par le col et l’ouverture de la bouilloire, qui ne sont pas sous vide. Les pichets isothermes sont généralement fabriqués en métal, en verre borosilicaté, en mousse ou en plastique, et leur ouverture est fermée par un bouchon en liège ou en polyéthylène. Les réservoirs sous vide servent souvent de conteneurs d’expédition isothermes.

Les pichets isothermes très grands ou très longs ne peuvent parfois pas soutenir complètement le récipient intérieur à partir du seul col. Une entretoise placée entre les parois intérieure et extérieure apporte alors un soutien supplémentaire. Ces chicanes forment des ponts thermiques et réduisent partiellement les propriétés isolantes de la bouilloire autour des zones où elles entrent en contact avec sa surface intérieure.

Certaines applications techniques, telles que les machines de RMN et d’IRM, reposent sur l’utilisation de doubles réservoirs sous vide. Ces bouilloires comportent deux compartiments sous vide. Le réservoir intérieur est rempli d’hélium liquide, le réservoir extérieur d’azote liquide, et une partie sous vide se trouve entre les deux. Cela permet de limiter la perte d’hélium, une ressource précieuse.

D’autres améliorations apportées aux récipients sous vide comprennent un écran antirayonnement refroidi par vapeur et un col refroidi par vapeur, qui contribuent tous deux à réduire la vaporisation du contenu du récipient.

Sécurité

Les pichets isothermes présentent un risque d’implosion, en particulier les récipients en verre, qui peuvent se briser accidentellement sous vide. Des éclats, des rayures ou des fissures peuvent être à l’origine d’une défaillance dangereuse du récipient, surtout lorsque sa température change rapidement (lorsqu’on y verse des liquides chauds ou froids). Il est recommandé de préparer correctement le Dewar en le mettant en température avant utilisation afin de préserver et d’optimiser son fonctionnement. Les récipients en verre sous vide sont généralement montés sur un socle métallique, avec des cylindres placés dans un treillis ou revêtus de métal, d’aluminium ou de plastique pour faciliter leur manipulation, les protéger des dommages physiques et contenir les débris en cas de bris.

Par ailleurs, les dewars de stockage cryogénique sont généralement sous pression et peuvent exploser si une soupape de décharge n’est pas utilisée.

La dilatation thermique doit être prise en compte lors de la conception d’un réservoir sous vide. Les parois extérieure et intérieure sont exposées à des températures différentes et se dilatent à des rythmes différents. Le réservoir sous vide peut se rompre en raison de la différence de dilatation thermique entre ses parois extérieure et intérieure. Des joints de dilatation sont couramment utilisés dans les pichets isothermes tubulaires pour éviter toute rupture et préserver l’étanchéité au vide.