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En hiver quand il fait froid, on aime bien pouvoir se réchauffer les mains. Une façon d’y arriver, en plus du port de gants, est de se procurer des chauffe-main, par exemple les chauffe-main Peacock® ou Zippo®.

À la différence des bouillottes magiques liquides que l’on « clique » pour déclencher une cristallisation et produire de la chaleur, les chauffe-main dont je vais parler ici fonctionnent par catalyse chimique et il faut les recharger avec du naphta (l’essence à Zippo®).

Ces chauffes main se présentent comme un réservoir que l’on remplit de naphta. On place alors le capuchon, qui porte un filtre contenant des filaments de platine. On amorce la catalyse en venant chauffer le filtre puis on referme le chauffe-main, qui se met enfin à chauffer pour une durée de 12 à 30 heures (selon les modèles). Il n’y a pas de flamme visible mais le chauffe-main monte autour de 60 à 80 °C. Il se place dans un petit gant doux qui évite de se brûler et permet de le tenir dans sa poche.

La réaction catalytique, ou catalyse

Comme j’ai dit, en fonctionnement il n’y a pas de flamme. La raison à cela est qu’il ne s’agit pas d’une combustion ordinaire (comme dans un briquet). La réaction qui opère ici est une catalyse et le catalyseur est le filament de platine présent dans le filtre.

Dans une réaction chimique classique, des réactifs se transforment en produits, comme ici la combustion du méthanol dans l’oxygène, qui donne lieu à de l’eau et du dioxyde de carbone :

$$2\text{CH}_3\text{OH} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$$

Mettre du méthanol en contact avec de l’oxygène ne suffit pas à les faire réagir : il faut apporter une source de chaleur pour la démarrer (allumette, par exemple). Ensuite, la chaleur produite par la réaction suffit pour l’entretenir et on obtient une flamme.

Avec une catalyse, il y a toujours une transformation de réactifs en produits, mais il intervient un catalyseur. C’est un composé qui aide à la réaction et intervient mais qui n’est pas consommé par la réaction. Le méthanol et l’oxygène réagissent en présence de platine sans le besoin d’une flamme. Ce dernier transforme le méthanol en méthanal (un aldéhyde) :

$$2\text{CH}_3\text{OH} + \text{O}_2 \xrightarrow{Pt} 2\text{HCOH} + 2\text{H}_2\text{O}$$

Cette réaction, où le platine décompose le méthanol en méthanal libère également de la chaleur. Avec un peu de chance, cette chaleur suffit ensuite à provoquer la combustion « classique » du méthanol, qui s’enflamme d’un seul coup.

Le platine n’est pas consommé. Il aide la réaction en l’accélérant, ou en favorisant la mise en contact des réactifs ou encore en diminuant l’énergie d’activation nécessaire pour amorcer la réaction.

Dans le chauffe-main

Le chauffe-main ne se remplit pas avec du méthanol, mais avec du naphta. Il est également possible d’utiliser des produits de substitution, comme de l’essence F. Ces produits sont en réalité un mélange d’hydrocarbures à 5 ou 6 carbones (pentane, hexane…).
Leur réaction avec le platine se produit comme le fait le méthanol, avec parfois des composés intermédiaires, qui vont ensuite se décomposer à leur tour en dioxyde de carbone et de l’eau sous l’effet de la chaleur.
L’utilisation de naphta plutôt que du méthanol permet de se chauffer sans que le produit s’enflamme (il n’y a donc pas de risques de surchauffe ou d’embrasement). Le fil de platine peut néanmoins chauffer à de très hautes températures : en observant le filtre dans l’obscurité, on peut voir ce dernier, ainsi que les filaments de platine, être chauffé au rouge et briller légèrement.

Quelques mots sur le platine

Le platine est un métal noble : très rare et précieux (et aussi très cher), il a d’importantes propriétés catalytiques chimiques. Le métal lui-même est remarquablement inerte : il ne réagit pas du tout avec l’air, l’eau, les acides ou d’autres produits, y compris corrosifs (hormis les super-acides, seules l’eau régale peut le dissoudre). Un bloc de platine peut rester tel quel durant des siècles sans être altéré.

Dans le chauffe-main, le platine se présente sous la forme d’un fil très fin. La surface de contact avec l’air et l’essence reste relativement faible. C’est cela qui permet au chauffe main de rester chaud durant des heures, voire une journée entière : la consommation de l’essence est lente et économe.

On trouve du platine pour ses propriétés dans les pots d’échappement catalytiques : le platine (ainsi que du palladium, aux propriétés similaires) est utilisée pour décomposer les hydrocarbures résiduels et réduire ainsi l’émission de polluants.

Dans certains petits moteurs thermiques, comme ceux des voitures radiocommandés à moteur thermique, c’est à nouveau du platine que l’on trouve. Il permet l’allumage du mélange d’air-essence à la place d’une bougie habituellement utilisée dans les moteurs essence plus gros.

Enfin, certains briquets du début du XXe siècle utilisaient le principe du catalyseur au platine. Il suffisait de plonger le catalyseur, à froid, dans une chambre contenant des vapeurs de méthanol : le fil de platine devenait rouge flamboyant et le méthanol s’enflammait en quelques secondes, produisant une flamme. Une vidéo de ce type de briquets est disponible sur YouTube. Ces briquets n’utilisent alors pas de pierre, juste un peu de chimie.

Liens

Le chauffe-main Peacock (celui que j’ai, qui est celui de la photo d’en-tête) est disponible ici : Original Peacock Hand Warmer.

4 commentaires

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Lokoyote a dit :

Article très intéressant, je ne connaissais pas du tout ce genre de chauffe-main !
Ça va peut-être me donner une idée de futur cadeau ça ! :D

Par contre, j'ai vu que le liquide était dans du coton (imbibé donc), je suppose qu'on a un effet d'évaporation qui fait que c'est seulement le liquide qui se consume et non le coton ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@Lokoyote : ça peut constituer un joli cadeau^^
En plus l’objet est relativement joli, avec le design du paon dessus (le "peacock").

Sinon, oui, c’est dans du coton, donc tout comme un Zippo. Dans les Zippo, ça remonte par capilarité dans la mèche. Ici, le filtre avec le platine vient en contact avec le coton aussi, donc ça remonte comme ça aussi.
L’évaporation me semble également présente : le filtre chauffe mais le boîter en lui-même chauffe également pas mal (par conduction depuis le filtre). Tellement, même, qu’il est difficile de le prendre en main quand il n’est pas dans la "chaussette". Sachant que le naphta s’évapore autour entre 60~80°, c’est donc très hautement probable qu’il y en ait.

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stefhui21 a dit :

Est il possible de faire l'inverse et de produire du froid ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@stefhui21 : Salut !

C’est un peu plus compliqué, car généralement les réactions vont dans le sens des énergies décroissantes, libérant l’énergie de la réaction sous la forme de chaleur.
Il existe des réactions qui sont régies non plus seulement par la recherche d’une énergie la plus basse, mais également par une recherche de l’entropie la plus haute. Et la hausse de l’entropie peut parfois provoquer des réactions qui vont augmenter l’énergie d’un système. L’énergie — sous forme de chaleur — est alors captée dans l’environnement sous forme de chaleur. L’environnement refroidit alors. Ces réactions sont dits « endothermiques ».

Elles sont moins courantes et moins puissantes, mais elles existent. La plus simple à essayer est la dissolution de sel dans l’eau : tu prends un verre d’eau, tu mesures la température, tu ajoutes 2~3 cuillères de sel, tu remues pour le dissoudre et tu verras : la température baisse de quelques degrés.

Des produits comme le chlorure d’ammonium ou le nitrate d’ammonium donnent des réductions de température très importante. C’est ce qui est utilisé dans les packs de froid instantannés (qu’on se plaque contre une blessure, par exemple en sport). Par contre ce n’est pas forcément réversible.


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