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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.

une bouillotte magiqueune bouillotte magique avec un thermomètre qui chauffe
↑ la bouillotte avec le contenu liquide (1) et avec le contenu cristallisé (2)

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, ni de changement de phase. La réalité est un peu différente.

Le produit qui se trouve dans les chaufferettes est une solution sursaturée d’acétate de sodium. La concentration est telle que son point de saturation est situé à +54 °C.

Avant utilisation, le produit est entièrement liquide : l’acétate de sodium est dissoute dans l’eau se trouvant dans la bouillotte.
Normalement, quand une solution saturée refroidit, elle atteint un point où les cristaux commencent à se former spontanément. Pour l’acétate de sodium, c’est à partir de 54 °C.

À ce stade, on s’attend à ce que l’acétate de sodium précipite et cristallise. Mais ce n’est pas le cas et l’acétate de sodium reste totalement dissout : la solution est alors sursaturée. 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 durcie.

Là où ça devient intéressant, c’est que la cristallisation de l’acétate de sodium 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 en fait de l’énergie dans l’acétate de sodium. Ce dernier se dissout et reste alors ainsi 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® ? !

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TD wrote:

L'onde de choc pourrait-elle aussi solidifier de l'eau liquide sous 0°C, où alors c'est seulement avec un « grain » ? D'ailleurs, comment une onde de choc peut-elle créer des microcristaux ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@TD : Ça je ne sais pas trop. Mais ces états sont dits « métastables » : un peu comme une pièce que l’on érige sur la tranche : ça tient, mais une petite perturbation fait tout tomber.

Ce que je sais, c’est que parfois c’est une variation de pression qui solidifie l’acétate de sodium (parfois il suffit de malaxer le truc pour qu’il cristallise.
Une onde de choc, c’est un front d’onde sonore qui se déplace, or le son est une pression.

Peut-être que ça a pour effet d’aligner les atomes, ou de les faire se rapprocher, pour que des liaisons solides apparaissent.

Pour l’eau : oui, je pense. Et l’eau en surfusion est bien moins stable que l’acétate de sodium en sursaturation. Un simple choc ou corps étranger suffit à tout faire geler.
Idem pour l’eau en surchauffe : liquide au dessus de 100°C, quand on met de l’eau pure au micro-onde par exemple, et que ça reste liquide à 100~120°C : le moindre choc fait tout bouillir et peut-être très dangereux.

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Florent Pessina wrote:

@TD : c'est une question d'énergie apportée à un système metastable, afin d'initier une nucléation. Quelque soit l'énergie en fait. Sauf thermique qui ajoute des effets supplémentaires . un stimuli mécanique via une onde ou un choc avec solide marche
Elle ne crée pas des microcristaux mais va créer un cristal ionique en un un point très précis, un arrangement au niveau moléculaire de taille de quelques molécules pas un micro cristaux

Puis la cinétique fait que tout s'arrange très rapidement, c'est la croissance cristalline

On peut en effet aussi ajouter un cristal type iode pour initier une hétérogène nucléation


Pour l'eau c'est en effet aussi possible

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SebDomestique wrote:

@TD
Expérience très simple. Mets une bière (bouteille) au congélateur. Ouvre là une fois en dessous de 0°C. Elle est liquide.
Donne un coup sec sur le goulot (ce qui au dessus de 0°C déclenche une éruption volcano-alcoolique de mousse :D), et la bière se gèle intégralement en quelques secondes, on voit la solidification progresser à vue d'oeil.

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florent pessina wrote:

@SebDomestique : en fait j'y pensais aussi mais ya un équilibre pression/gaz dilué etc qui diffère du cas standard décris. Je pense que le gaz doit justement éviter au liquide de solidifier donc être dans un état métastable à cause d'une pression élevée

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1138 wrote:

@SebDomestique
Ton pseudo m’a bien fait rire. Merci pour bon moment :-)

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Inferny wrote:

Intéressant , je pensais pas que ça pouvais dégager autant de chaleur c'est pour ça que j'avais toujours penser que c'était une réaction chimique .

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Le Hollandais Volant wrote:

@Inferny : Les énergies de changement d’état physique sont assez importantes, en effet.

Par exemple, pour faire fondre deux litres et demi d’eau (passant donc de glace à 0°C à eau à 0°C) il faudrait faire bosser un bon cheval pendant 20 minutes (sur la base d’un cheval = 735 Watt).

Et pour faire s’évaporer la même quantité d’eau en la faisant bouillir (passant d’eau à 100°C à vapeur d’eau à 100°C) il faut faire bosser l’animal pendant deux heures.


Ce n’est pas rien.

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Raph wrote:

Bonjour Timo !

c'est un peu hors surjet au vu de l'article mais es tu en capacité de me dire si tu as pris ces photos et si oui quelle est la référence du thermomètre présent dans ces photos ? J'ai besoin d'un thermomètre semblable a celui là pour des températures plus ou moins ambiantes (inférieures à 70°C quoi).

Merci beaucoup de ton aide et de tes lumières !

PS: parlant de lumière, as tu un article explicatif sur les lumens, les candelas, les "watts lumineux" (je ne sais pas si ça se dit comme ça)... parce que les pages wikipedia sont un peu trop complexes pour moi !

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Le Hollandais Volant wrote:

@Raph : oui, j’ai acheté le thermomètre sur eBay : http://www.ebay.com/itm/Digital-LCD-Car-Fridge-Incubator-JA-Fish-Tank-Meter-Gauge-Thermometer-SP2G-/141469746287
C’est un appareil de premier prix (2$), mais qui fonctionne suffisamment pour avoir la température dans la maison.

Concernant les unités en optique :

la candela (unité faisait partie du système international) est l’intensité lumineuse d’un objet (une bougie par exemple). Si tu as deux bougies et que l’une te semble plus lumineuse, elle aura plus de candelas. Cette unité tient compte de la perception humaine de la lumière : l’œil voit mieux dans le vert que dans le rouge par exemple. Deux LED, une verte et une rouge, toutes les deux fonctionnant sous 1 V et 1 A ne seront pas perçus de la même façon : l’intensité lumineuse de la verte sera plus grande.

le lumen, c’est une unité de flux lumineux. C’est une unité dérivée : 1 lumen = 1 candela × 1 stéradian (le stéradian, c’est un angle solide, un angle en 3D en fait, comme une cône). Le Lumen, c’est donc la quantité de lumière qui passe dans un cône (partant du sommet) bien défini : plus la source lumineuse est puissante, plus la quantité de lumière passant dans le cône est grande (et plus cette source lumineuse a un flux lumineux important, et donc sa valeur en lumen est grande).

— le watt lumineux, ou W×m⁻², c’est l’unité de l’éclairement. C’est la quantité de lumière qui arrive sur une surface donnée. Dans l’exemple du cône de tout à l’heure, si la même quantité de lumière passe dans un cône plus fin, alors l’éclairement à la base du cône sera plus grand.
Un pointeur laser est d’une puissance très faible (1 mW), mais comme la surface éclairée est minuscule, l’éclairement est très grand : >150 fois l’éclairement du soleil.


Pour comparer le flux de lumière (de photons) avec un cours d’eau : la candela correspondrait au volume d’eau débité par une source ; le lumen c’est le débit d’eau (« combien de litres d’eau passent à travers le tuyau ? ») et le « watt-lumineux » c’est un peu comme les précipitations : « la quantité d’eau qui tombe sur une surface donnée durant un temps donnée », sachant que pour la lumière il faut en plus tenir compte de la longueur d’onde, un peu comme si les goutes d’eau rouges comptaient moins que les goutes d’eau bleues.

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Raph wrote:

Wow ! Merci c'est beaucoup plus clair maintenant !
Donc si j'ai bien compris le lux (il ne me reviens que maintenant celui-là) est l'équivalent du watt lumineux !
L'analogie avec l'eau aide beaucoup !

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Paulo wrote:

Bonjour,
Pourquoi dis tu qu'il faut "une excuse" , "un point de départ" à l'eau pour se cristaliser ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Paulo : l’eau en sur-fusion ne se cristallise pas toute seule. Il faut quelque chose pour la transformer en glace.
Ce quelque chose peut être :
– une impureté, sur laquelle l’eau va commencer à geler ;
– un choc mécanique, qui va orienter ou désorienter les molécules, ou provoquer un remous qui va à son tour provoquer la cristallisation ;
– un choc non-mécanique (irradiation, placement dans un champ électro-magnétique) — certains composés changent d’état ou réagissent avec ça, l’eau peut-être pas.

La surfusion, c’est un équilibre instable : ça tient, mais à la moindre perturbation (choc, impureté, …), ça ne tient plus.

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Paulo wrote:

Je te remercie pour ta réponse mais il y'a encore un petit aspect qui m'échappe, si on prend un exemple concret, en plaçant un verre d'eau dans un congélateur pendant quelques heures, lorsque qu'on le ressort, l'eau à bien gelée, pourtant il n'y a pas eu de choc ou d'impureté pour faire débuter la cristallisation.

Et si on va plus loin dans ce que tu as dis, cela voudrait dire qu'une eau pure peut ne pas cristalliser ? Je suis un peu perdu

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Le Hollandais Volant wrote:

@Paulo : l’eau du robinet n’est pas pure : il y a des impuretés, des minéraux, du chlore. Et l’eau dans le verre est rarement au repos, surtout si tu le place dans le congélateur immédiatement après l’avoir remplit.

Cependant, quand tu essayes avec certaines eau en bouteille, ou du coca, ou une bière, ça marche quand même. Il semble que la concentration en CO2 arrive à maintenir l’eau liquide même en dessous de 0°C : comme si le CO2 accentue la stabilité du liquide sous les 0°C.
Mais comme tu peux voir dans les vidéos sur Internet : ouvrir la bouteille ou la secouer solidifie l’eau tout de suite.

L’eau pure au repos cristallise, si, mais à des températures bien plus basses (de l’ordre de −30 ou −40°C) : à ce stade de refroidissement, les molécules d’eau changent de position spontanément et finissent par cristalliser. C’est pour ça que l’eau très pure dans les nuages finit quand même par devenir de la glace ou de la neige : en haute altitude, les températures sont bien en dessous de −30°C.

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Prof Paulo wrote:

Super explications pour les chaufferettes ! Vais pouvoir frimer en société !! Merci...

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Olivier wrote:

Bonjour,
Merci pour ces explications précises sur les chaufferettes.
J'ai une question : est-on obligé de plonger la chaufferette dans l'eau bouillante pour la réutiliser ?
Au bout de 24h à l'air libre (par exemple) le liquide solidifié ne se liquéfie pas ?

Merci pour l'information.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Olivier : l’air libre ne suffit pas : il faut faire fondre les cristaux et ça ne peut avoir lieu que s’il fait plus de 54°C durant assez longtemps.

Pour ma part, j’ai essayé de les faire fondre au soleil, dehors, mais même dans une casserole d’eau avec une vitre au dessus pour faire un effet de serre, la température a du mal à atteindre 54°C.

Sinon, l’eau n’a pas besoin de bouillir, il suffit qu’elle soit chaude.

Par exemple, si tu fais des pâtes ou des pommes de terre (à manger), tu peux réutiliser l’eau de cuisson pour faire fondre la chaufferette : ça éviter de perdre de l’eau et de devoir en faire chauffer d’autre (ça fait des économies d’énergie).
Si ça ne suffit pas, tu peux tout de même réutiliser l’eau déjà chaude et la faire bouillir 5 minutes avec la chaufferette : tu chauffera 5 minutes au lieu de 15.

En pratique, lors de la fonte des cristaux : assures toi bien que TOUS les cristaux soient fondus avant de retirer la chaufferette. S’il reste un cristal, même de la taille d’un grain de sel, alors l’ensemble redeviendra solide tout seul.

Aussi, la fonte est plus rapide si tu malaxe la chaufferette de temps en temps quand il est dans l’eau chaude (avec une spatule : ceci pour permettre à la chaleur de mieux se diffuser et d’accélérer le processus.

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Lilichi wrote:

Super merci pour la recette mais si on craque a chaque fois la pièce comment on peu la réutiliser encore et encore c'est bizarre. 😁super article sinon

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Le Hollandais Volant wrote:

@Lilichi : C’est pas vraiment un craquage.
En fait la pièce est légèrement concave, et on peut inverser la concavité en appuyant dessus, de la même façon qu’on fait des "cliquetis" avec la partie bombée d’un couvercle d’un pot de confiture.

C’est ce cliquetis qui permet de débuter la cristallisation.

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Guid wrote:

Et comment expliquer la péremption du produit ("jusqu'à mille utilisations" sur certaines bouillottes) ? Pourquoi ces bouillottes ne sont elles pas utilisable à l'infini ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Guid : pour la même raison que les piles rechargeables ne sont pas rechargeables à l'infini. Au bout d'un moment, les produits chimiques finissent par se décomposer. L'acétate finit par devenir de l'acide acétique (du vinaigre).

Quand trop d'acétate est décomposé, il empêche le produit de rester liquide.

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Anne P wrote:

Je me demande tout de même comment se forment les cristaux qu'elle est la réaction qui les font devenir solides.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Anne P : C’est une réaction de solidification, la même qui transforme l’eau en glace : les molécules sont libres au départ mais s’accrochent les unes aux autres dans un arrangement très organisé.

Quand on veut briser cette organisation (passer de solide à liquide), on doit apporter de l’énergie au système. À l’inverse, quand on solidifie la matière, la quantité d’énergie qu’on avait dû apporter est libérée. C’est pour ça que la solidification du cristal chauffe.

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paaaranox wrote:

euh....je viens de faire fondre ma chaufferette en la laissant trop longtemps (forcément;) dans l'eau bouillante, donc le liquide a fondu mais surtout la pochette plastique aussi ! n'étant pas chimiste ;) je me demande s'il y a un danger quelquonque ? Gaz, contact peau,dépots ds casserole, autres? merci pour réponse !

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Le Hollandais Volant wrote:

@paaaranox : Le plastique ne devrait pas fondre en dessous de 100°C. Toute l’eau s’est évaporée et a brûlé le plastique ?

Sinon, le produit n’est absolument pas dangereux ni même toxique.

Le seul problème c’est que ça sent le vinaigre et que ça peut éventuellement irriter la peau (un peu comme du savon fort ou de l’alcool à 90° : ça donne une sensation de doigts fripés).

Tu peux nettoyer tout ça avec de l’eau, dans l’évier et jeter les cristaux à la poubelle (éventuellement dans du papier journal pour absorber l’humidité).
La casserole peut sentir le vinaigre mais il suffit de laver ça une fois ou deux pour que ça parte.

En fait, l’acétate de sodium est produite à partir de vinaigre blanc (d’où l’odeur) et on le trouve parfois comme additif alimentaire (il a goût acidulé-salé de vinaigre). Aucun risque avec ce produit :).

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Baron wrote:
Bonjour,

Néophite en physique chimie.
Mais glacier artisanal de mon état.

Je me disais que s'il existait une réaction qui déclenchait de la chaleur par "clic" puis cristallisation, il pourrait bien exister une réaction pour déclencher du froid d'une manière ou d'une autre.

Objectif : emballage pour glaces, tu cliques, cela génère un petit -20° pendant une heure ou deux, le temps de rapporter la glace à la maison.

Si ça existe, je vais le faire faire. On dépose un brevet etc....
Sinon, c'était juste un rêve... de glacier.

Merci - a vous lire - peut-être
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Le Hollandais Volant wrote:
@Baron : bonjour,
Les réactions qui absorbent la chaleur existent, mais sont plus rares : ce sont les réactions endothermiques. L’une d’elle, bien connue, est le fait de se mettre de l’alcool pur ou de l’acétone sur les doigts : c’est très froid. L’acétone capture la chaleur du doigt pour s’évaporer et le doigt est laissé sans chaleur et on on ressent du froid.

Je n’ai pas vraiment en tête de façons de créer du froid avec un simple clic, mais il y en a d’autres : le fait de dissoudre du sel de table est endothermique : dissoudre 4~5 cuillères de sel dans de l’eau à 20 °C va la ramener autour de 17~18 °C. C’est plus visible avec le chlorure d'ammonium, qui permet d’aller à −15°C facilement selon les quantités.

De façon général, il est plus difficile de trouver ce genre de réactions car normalement les réactions passent d’un état hautement énergétique à faiblement énergétique (pour libérer cet énergie). Or les réactions endothermiques c’est manifestement l’inverse : on passe d’un état faiblement énergétique à un état hautement énergétique (de la chaleur entre dans le système, ce qui augmente son énergie).
Ces réactions ont lieue à cause d’une hausse d’entropie : la hausse d’entropie est alors ce qui anime la réaction (entropie et énergie sont liées par la notion d’enthalpie).

Je m’étais demandé une fois s’il pouvait y avoir un solide qu’on liquéfiait par un clic et qui produisait du froid. Autrement dit, de la sur-solidité. Ce n’est apparemment pas possible.


Quoi qu’il en soit, des réactions de production de froid existent (la dissolution du chlorure d'ammonium expliquée ci-dessus en est une) et je vous souhaite bonne continuation pour trouver une façon simple pour mettre en pratique une telle réaction pour votre usage.
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John Doe wrote:

Bonjour,

Savez-vous s'il existe le même principe mais pour le froid?

Merci

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Le Hollandais Volant wrote:

@John Doe : Bonjour, c’est ce que l’on discutait juste au dessus avec @Baron : je n’ai pas connaissance d’un objet similaire mais pour le froid, mais il existe des réactions chimiques et physiques qui produisent du froid.

L’une d’entre elles est la dissolution de cristaux de chlorure d'ammonium dans de l’eau : la dissolution absorbe alors toute la chaleur contenue dans l’eau devient très froide.

On peut voir ici une vidéo (en anglais) similaire : https://www.youtube.com/watch?v=GQkJI-Nq3Os
Il mixe du chlorure d’ammonium avec de l’hydroxyde de baryum, et le refroidissement est tel que l’eau entre le verre et son support gèle et colle le verre sur le support !

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Dylan wrote:

Moi j'ai un probleme, j'ai mis la chauferette dans l'eau bouillante mais je l'ai oublié comme un abruti fini... ducoup bah fumée, bouillote percée et le liquide est sorti de la pochette et a cristalisé dans ma casserolle... j'ai jeté la caserolle par securité mais est ce que le fait d'avoir respiré la fumé de cette xombustion peut jouer sur ma santé??

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Le Hollandais Volant wrote:

@Dylan : le seul problème aurait été le plastique fondu.
L’acétate de sodium ne me semble pas dangereux, même chauffé. Au pire, ça sent le vinaigre, c’est tout.

Ce n’est pas un produit toxique, ni dangereux.

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Jojo wrote:

Bonjour, étant en école d'ingé je comprends un peu près tout ce que vous avez expliqué et je voudrais en fabriquer une. N'ayant pas à ma disposition de bout de fer concave et de récipient en plastique "mou", je voulais savoir ce que vous entendiez par choc qui provoque la cristallisation. Est ce qu'une bouteille qui tombe par terre est un choc, une onde qui suffira à faire cristalliser ma solution sursaturé à l’intérieur de de ma bouteille ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Jojo : l’utilisation d’un petit morceau métallique dans la chaufferette permet de l’actionner sans l’ouvrir, et donc d’avoir un objet très simple à utiliser.

Si tu veux te faire une chaufferette, alors tu peux utiliser une bouteille en plastique. Pour déclencher le processus, alors il suffit de l’ouvrir et d’ajouter un petit grain solide d’acétate de sodium.
Tu peux aussi ajouter à peu près n’importe quoi d’autre, mais si tu veux utiliser ta bouteille chauffante plusieurs fois de suite, il faut faire attention à ce que tu y rajoute puisse être retiré ensuite et soit particulièrement propre. Il faut pour l’acétate un point de départ pour la cristallisation, c’est tout.

Secouer la bouteille suffit également (pour l’avoir testé moi-même dans une bouteille d’eau en plastique), mais ce n’est pas toujours systématique.

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Jojo wrote:

Merci beaucoup pour la réponse. Oui j'y avais pensé pour le petit grain d'acétate mais l'inconvénient est d'avoir toujours des petits grains sur soi mais ça se fait ! Je vais essayer et découvrir ça moi même ! Encore merci pour cette réponse.

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Lolodeer wrote:

Peut-on la passer au micro-ondes ??

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Le Hollandais Volant wrote:

@Lolodeer : il faut mieux éviter.
Premièrement à cause de la plaquette en métal à l’intérieur, et ensuite parce que le micro-onde chauffera beaucoup trop, jusqu’à bouillir le liquide à l’intérieur.

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jj wrote:

bjr dans une bouillotte il contient de l’acétate de sodium donc on a pris une bouillotte commerciale puis nous lavons diluée pour faire un suivie ph-métrique qui n’a rien donné et un suivi conductimétrique qui n’a rien donné non plus. Pour déterminer la concentration en acétate de sodium on y avait mis de l’acide chlorhydrique. Avez vous une idée ou quelque chose à nous conseiller d’autre car nous sommes un peu perdu et nous ne comprenons pas pourquoi cela na pas marché.

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Le Hollandais Volant wrote:

@jj : Le suivi conductimétrique aurait dû donner quelque chose. Essayez avec une solution moins diluée.

Le suivi PH-métrique devrait marcher avec de l’acide, mais l’acide doit être très dilué, car l’acétate de sodium n’est que faiblement basique.

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El maestro wrote:

Bonjour,
Je me demandais qu'elle l'élément chimique qui intervient dans la stabilité de la chaufferette car j'ai conçu une chaufferette mais je n'arrive pas à la garder liquide, elle ce cristallise toute seule. Merci

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Le Hollandais Volant wrote:

@El maestro : Salut, il n’y a aucun élément chimique qui fait ça.
C’est au contraire la pureté du produit qui permet de garder liquide l’acétate de sodium sursaturé. Il ne faut pas que l’eau contienne de poussière ou de saleté, et le récipient doit être propre et lisse également.

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Ayguelongue wrote:

Bonjour, comment faire pour chauffer l'eau de mon bain d'une façon simple et pas chère. La technique des chaufferettes me tentait mais il en faudrait vraiment beaucoup pour chauffer 75 litres d'eau. Qu'en pensez-vous ? Ou pouvez-vous me donner une autre idée ? Merci

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Le Hollandais Volant wrote:

@Ayguelongue : Bonjour,

Il en faudrait beaucoup effectivement.
De plus, chauffer et faire fondre les chaufferettes à chaque fois, ça consomme plus d’énergie que de chauffer l’eau initialement.

Si cette énergie est gratuite (énergie solaire par exemple) ça peut être rentable (quoi que pas très pratique), autrement ça sera non rentable et ça ne fera pas faire d’économies.

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Lucie wrote:

Bonjour, étant en CPGE Physique/ Chimie, je réalise un TIPE sur les chaufferettes. Je veux comprendre et montrer si le dégagement de chaleur est due à la sursaturation ou la surfusion. Cependant, toutes les données sur internet traitent de la surfusion, je bloque donc pour trouver un modèle théorique sur la sursaturation. Pouvez-vous m'aider à mieux comprendre s'il vous plait.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Lucie : bonjour,
Je ne pense pas être en mesure de pouvoir vous aider au niveau théorique.

Les deux phénomènes sont liés ici, vu qu’on arrive d’une solution liquide à un produit solide, il y a une solidification. De plus l’acétate de sodium chauffe la chaufferette à une température égale à la température de saturation du même produit.
Si le phénomène était purement dû à la sursaturation, la température n’aurait pas un maximum à 54 °C, mais monterait aussi haut que le permettrait la chaleur dégagée (ou jusqu’à la température de fusion du produit, qui elle est à 58 °C, soit légèrement au dessus).

Donc au niveau théorique, je ne vois pas bien, mais au niveau pratique, tu peux, je pense, montrer que la sursaturation intervient bien car le produit monte à 54 °C (température de dissolution / saturation) et non 58 °C (température de fusion de NaCH3OO hydraté).

Cela ne veut pas dire que la sursaturation n’intervient pas, au contraire, car il s’agit bien d’une solution saturée ici, et la saturation est même dépassée à la température ambiante (sinon ça ne se cristalliserait pas). Et l’ensemble du phénomène n’existe pas avec le NaCH3OO anhydre.

Il n’est pas obligé que le phénomène soit dû à l’un ou l’autre des phénomènes. Ici on peut montrer que chaque phénomène testé indépendamment n’explique pas tout, et qu’on a besoin des deux en même temps.

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Lucie wrote:

Bonjour,
Je vous remercie de votre réponse, cela m'a clarifiée les idées.
Si jamais une idée vous vient pour résoudre ceci au niveau théorique, n'hésitez pas à m'en faire part.
Bonne soirée.

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jéjé wrote:

J'ai appris trop plein de choses sur ce Forum !
Merci au hollandais volant pour toutes ces supers explications.

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Audrey wrote:

Bonjour,
Je viens d'acquérir la fameuse chaufferette. Après la première utilisation, le mode d'emploi indique qu'il faut placée la poche 8 minutes dans l'eau bouillante, ce que j'ai fait. Effectivement, les cristaux disparaissent et je retrouve le liquide initial. Mais après refroidissement, les cristaux réapparaissent sans toucher à la pastille et çà ne chauffe plus! Quel est le problème? Finalement, je me retrouve avec une mini-bouillotte à usage unique.
Avez-vous une explication?
Bonnes fêtes à tous

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Le Hollandais Volant wrote:

@Audrey : la bouillotte est peut-être défectueuse.

Les "8 minutes" sont données à titre indicatif, aussi. Essayez de la laisser plus longtemps, en la mettant dans l'eau froide que l'on fait chauffer jusqu'à ébullition (utilisez une cuillère en bois pour malaxer, de temps en temps, la chaufferette quand elle chauffe dans l'eau : cela permet alors de mieux mélanger la chaleur au sein de la chaufferette).

Il faut bien que la totalité des cristaux soient dissoute, c'est très important. Le moindre cristal restant suffit à refaire cristalliser l'ensemble.

Si vraiment ça ne marche pas, c'est que la chaufferette est défaillante (j'ai eu le cas déjà, avec certaines : j'imagine que la concentration du produit à l'intérieur est trop forte et la solution trop instable).

Perso j'avais acheté ceux là qui fonctionnent vraiment très bien, tout en étant très bon marché (j'en ai racheté 10 par la suite) : https://www.amazon.fr/Pearl-Firebag-Chaufferette-de-poche/dp/B00JEBQPIM

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Lakris wrote:

Bjr moi j'ai mis la chaufferette ds l'eau bouillante le produit devient liquide puis we cristallise immédiatement après…

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Kalis wrote:

Personnellement j'ai eu une chaussette il n'y a pas longtemps et je n'ai pas essayer de savoir comment ça marchait. J'ai craqué le "truc" en métal puis j'ai attendu. Je l'ai ensuite réchauffée et ça a failli cramer ! Alors est ce à cause de la cristallisation ou bien l'aurais je laissée trop longtemps sur le feu ? En tout cas maintenant que je sais comment ça fonctionne je ferais plus attention. Espérons qu'elle ai une longue espérance de vie !!

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Le Hollandais Volant wrote:

@Kalis : Il faut bien la réchauffer dans de l’eau bouillante, pas dans une poêle, hein.
Dans de l’eau, il est impossible que ça brûle ou que le plastique fonde : le plastique va s’assouplir un peu, et c’est normal, mais il ne fondra pas :).

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Noumina wrote:

Bonjour!
J'ai eu un problème en utilisant ma chauffrette: je l'ai mise dans de l'au chaude pendant un moment environ un jour après avoir "claquer" la partie métalique. Mais quand j'ai sorti la chauffrette, elle était encore cristalisée. Je l'ai cependant quand même laissée refroidire mais en refaisant "claquer" la pièce métalique rien ne s'est passé. Je me demande si la chauffrette ne marche plus ou si j'ai simplement mal fait la réactivation. Peut-être que l'eau n'était pas assés chaude ou que c'est parce que je me suis amusée à casser les cristaux ou même si c'est parce que j'ai attendu trop longtemps avant de la réactiver.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Noumina : le claquement n'est utile que quand le contenu de la chaufferette est entièrement liquide.

Si bouillir la chaufferette ne suffit pas, c'est qu'elle ne marche pas.

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Noumina wrote:

@Le Hollandais Volant :
Merci beaucoup.
Je pense que je n'ai pas fais chauffé la chauffrette à la bonne température et que le liquide n'était pas à l'état liquide justement quand j'ai sorti la chauffrette de l'eau.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Noumina : l’idéal selon moi, ce que je fais aussi, c’est de mettre la chaufferette dans une casserole et de rajouter de l’eau froide (en faisant bien en sorte que la chaufferette soit recouverte d’eau) puis je fais bouillir l’eau. Une fois que tout les cristaux sont dissous, je laisse refroidir.
Durant la chauffe, j’hésite pas à appuyer sur sur la chaufferette pour mélanger un peu (les cristaux au centre mettent plus de temps à se réchauffer).

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Baudouin wrote:

Bonjour,
Je suis comme Lucie en prépa PC et réalise une étude sur les chaufferettes et le processus qui a lieu.
Mon groupe et moi avons un problème : les différents sites ne disent pas la même chose : les micro cristaux qui initient la réaction en chaîne sont-ils déjà présents coincés dans des rainures éventuelles à la surface la pastille et libérés dans la solution, ou bien l'impulsion du craquage lance leur transformation à la surface de la pastille sur quelques molécules et le tout se lance ?
Merci pour votre aide, ce forum nous a été d'une grande utilité déjà.
Bonne journée
Baudouin

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Le Hollandais Volant wrote:

@Baudouin : En principe, le "claquement" de la pièce métallique produit un site de nucléation où les cristaux vont pouvoir se former. Cela se traduit par la propagation d’une petite onde de choc. Petite, mais suffisante pour que les paramètres (pression, solubilité…) à cet endroit permettent la formation d’un cristal d’acétate de sodium.
Ce cristal subsiste même après l’onde de choc, et c’est toute l’acétate de sodium qui se solidifie autour de ce noyau. L’ensemble libère ensuite la chaleur.

Il n’y a donc pas de cristaux initiaux coincé dans les rainures. À la limite, ce sont les rainures eux-mêmes qui servent de site de nucléation (ie: formation d’un noyau cristallin autour duquel le reste du cristal se forme), mais le cristal initial se forme clairement au moment où on claque la pièce métallique.

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Le Hollandais Volant wrote:

@Lucie : Super, merci !

C’est donc comme la formation de la pluie : normalement, les gouttelettes d’eau ne peuvent pas se former, car elle s’évaporent tout de suite. Mais quand l’eau se condense sur une microparticule (poussière, pollen…), alors la taille est suffisante et l’eau peut y rester plus longtemps, assez pour que la goutte grossit et se forme.

Ici ce n’est donc pas du pollen, mais un cristal existant sur le métal, et libéré par l’onde de choc.

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AyW wrote:

Bonjour, merci pour cet article très intéressant. Existe t il le lentype de procédé
- naturel
- réversible
pour chauffer plus fort ? (par ex 300 degrés).

J'ai vu une réaction à base d'eau + chaux.

Merci !

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Le Hollandais Volant wrote:

@AyW : Bonjour, définis « naturel », car dans cet article, l’acétate de sodium n’a rien de naturel. Il est fabriqué à partir de produits naturels, mais il ne l’est pas lui même. Le cyanure, le plutonium, le pétrole raffiné le sont tout autant…

Ensuite, une réaction réversible à ces températures là c’est plus difficile à trouver. Déjà parce que l’eau n’est pas liquide et on ne peut donc pas utiliser de solutions liquides.

Si tu cherches un objet comme ça qui chauffe davantage, tu peux regarder les chaufferettes décrites ici : https://couleur-science.eu/?d=634141--comment-fonctionnent-les-chauffes-mains-catalytiques-peacock-ou-zippo
Ça utilise de l’essence à Zippo, et ça chauffe à 60~80 °C. Ce n’est pas réversible au sens stricte, mais la chaufferette est réutilisable.

Sinon, tu peux toujours utiliser un chauffage électrique : là tu peux monter très haute en température.


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