Du gel hydro-alcoolique.
Si vous avez la possibilité d’utiliser régulièrement du gel hydro-alcoolique (ce qui est recommandé, vu la situation lié au coronavirus à l’heure où j’écris cet article), vous avez très certainement constaté que ce produit donne une sensation de froid assez prononcée, bien que le produit lui-même soit stocké à température ambiante.

Mais vous êtes vous demandé pourquoi ? Cette question est l’objet de cet article.

Une question d’évaporation

Certains produits offrent une sensation de froid quand ils sont laissés sur la peau à l’air libre.

La solution hydroalcoolique ici, mais la remarque vaut également pour l’acétone, l’éthanol et même tout simplement l’eau, quand on souffle sur ses mains mouillées, y compris d’eau chaude.

En plus de l’effet de froid, vous constaterez que la solution hydroalcoolique, une fois que l’on a bien enduit ses mains avec, sèche toute seule très rapidement. Eh bien ce séchage et le froid sont liés !

Lorsque la solution hydroalcoolique sèche, ce qui se passe est qu’il s’évapore : il passe de l’état liquide à l’état gazeux.
Or, souvenez-vous : l’évaporation a lieu même sans ébullition, et se produit quelle que soit la température ; là où l’ébullition n’apparaît, lui, qu’à une certaine température (100 °C pour l’eau, 78 °C pour l’éthanol, etc.). C’est d’ailleurs pour ça que le Soleil fait évaporer l’eau des océans sans pour autant les faire bouillir.

Là où le froid intervient, c’est quand l’évaporation est un phénomène endothermique : elle absorbe la chaleur environnante pour avoir lieu.

Pour le dire rapidement : un produit comme le gel hydroalcoolique va puiser la chaleur dans vos mains pour s’évaporer. Résultat : vos mains cèdent de la chaleur et refroidissent, d’où le refroidissement en séchant !

Notion de chaleur latente.

On a tendance à penser que la chaleur est synonyme de température. Il n’en est rien et il faut distinguer les deux. Ainsi, l’on peut apporter de la chaleur à un corps sans que sa température ne change.
C’est ce qui se passe quand on fait bouillir de l’eau : une fois à 100 °C, l’eau bout. On a beau chauffer et ouvrir le gaz autant qu’on veut, l’eau restera à 100 °C.

Alors où va toute l’énergie apportée à l’eau bouillante par le gaz ?
La chaleur que la flamme de gaz apporte à l’eau n’est pas perdue : elle est utilisée par l’eau qui s’en sert pour évaporer.
La chaleur contribue donc au changement d’état et non à une élévation de température.

Le simple fait de passer de l’état liquide à l’état gazeux demande de la chaleur. Le changement d’état est une réaction qui requiert de l’énergie :

liquide + chaleur ⇒ gaz

Étant donné l’absence d’élévation de température, cette chaleur est comme invisible ou indétectable : elle est qualifiée de latente pour cette raison.
La chaleur latente est l’énergie qui intervient lors du changement d’état d’un corps : on parle de « chaleur latente de fusion » ou « chaleur latente de vaporisation », par exemple.

Le cas de la solution hydroalcoolique ne fait pas exception à tout ça : le changement d’état requiert de la chaleur latente, et la solution hydroalcoolique va puiser cette énergie dans votre main qui refroidit et ça donne cette sensation de froid.

Le fait que certains produits comme l’alcool ou l’acétone donnent davantage cette sensation de froid que d’autres provient du fait que ces produits sont très volatiles : leurs molécules se détachent très facilement de votre peau (en emportant votre chaleur avec elles).
À l’inverse, l’huile par exemple n’est pas volatile du tout et s’évaporera pas. Si vous enduisiez vos mains dans un produit gras, vos mains ne refroidiraient pas. Pire l’huile empêcherait l’eau dans votre sueur de s’évaporer et vos mains vous donneraient une sensation de chaleur, faute d’évaporation de la transpiration, qui est un là pour réguler naturellement votre température corporelle.

Quelques usages de ce phénomène

Ci-dessus, je mentionne le fait qu’un liquide absorbe de la chaleur pour se vaporiser. Mais l’inverse est vraiment également : un gaz qui se liquéfie ou un liquide qui devient solide va libérer toute sa chaleur latente :

gaz ⇒ liquide + chaleur

Même chose pour la transformation entre solide et liquide :

liquide ⇒ solide + chaleur

Si l’on dispose d’un liquide et qu’on le solidifie, on récupère également de la chaleur, et si l’on dispose d’un solide et que l’on veut un liquide, il faut lui apporter de la chaleur.

Ceci est utilisé dans les chaufferettes de poche : ces petites poches en plastique contiennent une solution liquide sursaturée d’acétate de sodium. Lorsque l’on force la solidification à l’aide d’un claquement de la pièce de métal, sodium, la chaleur du liquide est récupérée pour se réchauffer les mains (voir mon article dédié).

De même, les caloduc et chambres à vapeur des refroidisseurs de PC utilisent le changement d’état d’un fluide pour évacuer de la chaleur. Un caloduc est partiellement rempli d’un fluide. Au contact d’un élément chaud, ce liquide se vaporise (captant la chaleur), se déplace à l’autre bout, plus frais, où il va se liquéfier (libérant la chaleur). Cette chaleur est ensuite évacuée par un ventilateur.

Le caloduc fonctionne de manière passive, mais construisez un système actif, avec un compresseur et un détendeur, sur le même principe et vous obtenez un frigo, un climatiseur ou une pompe à chaleur : leur fonctionnement est le même. Ici, on force un fluide à changer d’état afin qu’il capte toute la chaleur qu’il peut afin de la déplacer vers un autre endroit.
Dans le cas d’une clim, cette chaleur est captée dans l’air, qui refroidit alors. Pour une pompe à chaleur, on capte la chaleur dehors pour la restituer dans la maison et ainsi servir de chauffage. Dans un frigo, la chaleur est captée à l'intérieur pour l'évacuer sur la grille située au dos.

Dernier exemple, que vous pouvez essayer chez vous : si vous forcez certains cristaux à se dissoudre dans l’eau, cette dernière refroidira. Si vous dissolvez quelques cuillerées de sel dans de l’eau, l’eau refroidira de façon très notable : le sel ne passe pas à l’état liquide, mais à l’état dissout, ce qui revient également à capter de la chaleur de l’eau.

Pour résumer

Le gel hydroalcoolique donne la sensation de froid, car il refroidit réellement la peau : elle capte la chaleur de la main et s’évapore grâce à elle et en partant avec.

C’est le changement d’état, de l’état liquide à l’état gazeux, qui provoque cette absorption de chaleur. L’évaporation est une réaction endothermique (« qui absorbe la chaleur ») de changement d’état.
L’acétone a un effet refroidisseur encore plus prononcé, car plus volatile encore que l'alcool. L’eau rafraîchit également, quoique moins que l’alcool ou l’acétone.

Ce phénomène où le changement d’état capte ou libère de la chaleur est utilisé dans beaucoup de processus, y compris dans les appareils chez vous : refroidisseur dans votre PC, réfrigérateur, climatiseur, pompe à chaleur…

image d'en-tête de Kelly Sikkema

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