De quoi se compose une bouteille Thermos?

Deux bouteilles sont emboîtées l’une dans l’autre, séparées par un petit espace. Celui-ci isole le contenu de la bouteille intérieure, ralentissant son refroidissement ou son réchauffement.

Une bouteille isolante

Une bouteille Thermos conserve la chaleur et le froid. (Image: VIPDesignUSA/Shutterstock.com)

Une Thermos est produite à partir de plastique, métal ou verre. Grâce à sa structure spécifique, on peut garder des boissons ou de la nourriture chaude ou froide pendant un long intervalle de temps dans une bouteille isolante.

Si on pose un bol de neige ou une tasse de thé brûlant à température ambiante, la neige fond et le thé refroidit.  La température ambiante, celle de la neige et celle du thé s’équilibrent. Dans une bouteille Thermos, cet échange de chaleur est ralenti.

Il y a du vide entre le bac intérieur et la bouteille extérieure d’une Thermos.

Il y a du vide (vacuum) entre le bac intérieur et la bouteille extérieure d’une Thermos. (Image: Myself/Wikimedia Commons)

Comment la température s’équilibre-t-elle?

Les températures de plusieurs objets peuvent s’équilibrer soit par contact direct, soit par radiation thermique. Si on touche une tasse de thé chaud, la main se réchauffe et la tasse se refroidit, parce que les mouvements des molécules de la tasse et de la main s’équilibrent. Ceci est appelé conduction thermique. Le rayonnement thermique est un rayonnement dans le domaine infrarouge, qui est émis par toute matière. Si, dans une pièce, tout se trouve à la même température, une particule de matière reçoit autant de rayonnement thermique qu’elle n’en émet. La tasse chaude envoie plus de rayonnement thermique qu’elle n’en reçoit, elle perd donc de la chaleur et se refroidit.

Comment empêche-t-on l’échange de chaleur?

Dans notre exemple du thé chaud dans la Thermos, il faudrait que le plus possible de chaleur soit conservée dans la bouteille et non pas perdue dans l’environnement. Pour cela, il faut minimiser la surface de contact du thé avec l’air ambiant, ce qu’on essaie d’atteindre avec le principe des deux  bouteilles emboîtées. Pour éviter complètement la conduction thermique entre les deux bouteilles, il faudrait enlever toute la matière dans l’espace intermédiaire (donc l’air également): on a besoin d’un vide. Ceci n’est pas possible à 100%, car la bouteille intérieure ne peut pas flotter dans le vide, mais doit être fixée à la bouteille extérieure proche de l’ouverture. Même si le vide est bien fait dans l’espace intermédiaire, les propriétés d’isolation de la bouteille Thermos sont  moins bonnes au niveau du couvercle.

Cependant, le vide n’empêche pas la propagation du rayonnement thermique. C’est pourquoi les surfaces à l’intérieur de la Thermos sont recouvertes avec une couche spéciale, qui réfléchit les rayons thermiques et en garde une grande partie dans la bouteille. Le thé ne reste pas indéfiniment chaud mais au moins pendant plusieurs heures.

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