On trouve dans le commerce des chaufferettes que l’on place dans la poche pour nous réchauffer quand il fait froid.
L’utilisation est assez simple : la bouillotte remplie de liquide contient une pièce métallique qui l’on « clique ». À ce moment, le liquide cristallise à vu d’œil en produisant de la chaleur pendant 20 à 30 minutes.
Une fois refroidie, il suffit de la replacer quelques minutes dans l’eau bouillante afin de dissoudre tous les cristaux, puis de laisser refroidir : elles sont alors prêtes pour un nouveau cycle. Ces chaufferettes sont utilisables plusieurs centaines de fois.
Comment ça marche ?
Bien que l’on les présente comme « bouillotte chimique », le principe est entièrement physique : il n’y a pas de transformation chimique : la réalité est un peu différente.
Le produit qui se trouve dans les chaufferettes est une solution d’acétate de sodium en concentration telle que son point de saturation est situé à +54 °C. Ceci signifie qu’en dessous de cette température, l’acétate de sodium devrait commencer à former des cristaux solides.
Or, avant utilisation, le produit est entièrement liquide et sa température est bien en dessous de 54 °C. Pourquoi ?
La réponse réside avec la sursaturation : avant utilisation, la solution d’acétate de sodium est dite sursaturée.
Normalement, quand une solution fortement concentrée refroidit, elle atteint un point où les cristaux commencent à se former spontanément : à ce moment, la température n’est plus assez chaude pour garder le produit dissout dans l’eau et des cristaux se forment. Pour l’acétate de sodium, ceci se produit à partir de 54 °C.
Dans notre chaufferette, il n’y a pas de cristallisation : le produit reste entièrement dissout.
La raison à cela est qu’il ne peut pas cristalliser tout seul. Il lui faut — comme l’eau pour geler — un point de départ, un sorte de « coup de pouce ». Tant qu’il n’y a pas ce phénomène déclencheur, le produit restera totalement dissout.
L’élément déclencheur, c’est le rôle de la pièce métallique : en la claquant, on crée une petite onde de choc qui va produire quelques cristaux d’acétate de sodium solide. Ces cristaux de départ vont alors permettre à toutes les autres molécules de cristalliser tout autour jusqu’à ce que l’ensemble de la chaufferette soit durci.
Un phénomène exothermique
Là où ça devient intéressant, c’est que la cristallisation de l’acétate de sodium est exothermique : elle dégage de la chaleur : sa forme dissoute est plus énergétique que sa forme cristalline et en se solidifiant la différence d’énergie est libérée sous la forme de chaleur.
Ce procédé est un moyen comme un autre de stocker de l’énergie : le simple fait que l’acétate de sodium reste dissoute en dessous de son point de précipitation constitue une source d’énergie : la seule façon de récupérer l’énergie est de provoquer une solidification du produit, grâce à la pièce métallique.
Lorsque l’on place la chaufferette dans l’eau bouillante, on réinjecte de l’énergie dans l’acétate de sodium. Ce dernier se dissout et reste ensuite liquide tant que l’on ne force pas sa cristallisation avec la pièce métallique.
Maintenant, il existe également des chaufferettes thermiques, qui utilisent de l’essence à Zippo et un ingénieux système catalytique au platine. Il y a tout autant de science dans ceux-là, je vous encourage à lire mon article dédié : les chauffes-mains catalytiques Peacock® et Zippo® ? !
Enfin, si le sel permet également à l’eau de rester liquide en dessous de son point de fusion, le principe actif derrière tout ça est un peu différent.
