Température de l’Atomiseur de Cigarette Electronique : Part 4

Penchons-nous aujourd’hui sur les différents canaux de dissipation de la chaleur dans un atomiseur de cigarette electronique. Certains lecteurs ont en effet exprimé leur doute bien légitime quant à la validité des mesures de température que nous avons réalisée, principalement en ce qui concerne le manque d’aspiration lors des expériences. Si ce flux d’air va effectivement refroidir la résistance, il convient de comparer l’ampleur de son effet par rapport aux autres phénomènes mis en jeu, et notamment l’évaporation du liquide. Pour vous en convaincre, nous vous proposons une série d’expériences et de réflexions concernant la physique de la dissipation de la chaleur dans ce système.

Atomiseur sec

Nous réalisons dans un premier temps des mesures de températures sur un atomiseur sec, alimenté par des tensions variables. Les résultats sont présentés sur la figure 1.

Pour une tension de 3.2 V, la température augmente rapidement pendant environ 4 s puis se stabilise autour de 700°C. Elle ne décroit alors plus tant que le générateur de courant fonctionne. A 4V, la température augmente plus rapidement pendant les 3 premières secondes. L’évolution ralenti ensuite vers 800°C mais continue néanmoins. Nous avons arrêté l’expérience à 900°C, limite de détection de la caméra, mais il est fort à parier que la température se serait stabilisée au alentour de 1000°C. A 6V, l’expérience ne peut pas être menée à terme. En effet, l’augmentation de la température et si forte et rapide qu’il nous a fallu débrancher l’expérience avant de risquer d’enflammer notre atomiseur.

Pour résumer, plus la tension est grande, plus l’énergie injectée dans l’atomiseur est importante, plus l’augmentation de la température est rapide, et plus le palier de température finale est élevé. Dans cette situation, il existe deux moyens de dissiper la chaleur produite par la résistance : le rayonnement, c’est-à-dire la production d’infrarouge, et la conduction, c’est-à-dire le réchauffement de l’air ambiant.

Ventilation de la résistance

Pour savoir lequel des deux est le plus important, nous avons réalisé deux mesures de températures, dans les mêmes conditions de chauffage, l’une dans les conditions précédentes et l’autre avec une ventilation d’air sur l’électrode.

Comme le montre la figure 2, le souffle n’a pratiquement pas d’influence sur la température. Avec ou sans ventilation, on obtient la même température finale d’environ 500°C.

Dissipation de la chaleur

On peut alors comparer les différents phénomènes qui permettent de dissiper la chaleur du système. La figure précédente montre que la ventilation, par l’intermédiaire de la conduction de chaleur et de la convection, n’a que très peu d’effet sur le système. La grande majorité de la chaleur, lorsque l’atomiseur est sec, est dissipée sous forme de rayonnements infrarouges. Pour relier ce résultat à des phénomènes quotidiens, il faut penser aux chauffages d’extérieurs que l’on trouve sur les terrasses de certains cafés en hiver. Il s’agit de barres de fer qui sont chauffées au rouge et qui sont tournées vers les tables des clients. Dans ces situations, ce qui réchauffe n’est pas l’air chaud qui nous viendrait du chauffage mais bien les rayons infrarouges. C’est pourquoi, lorsque le vent souffle, la quantité de chaleur transmis par le chauffage ne change pas.

Enfin, dans des conditions de fonctionnement normal, on a vu dans la seconde partie que les températures atteintes sont plutôt de l’ordre de 200°C. La dissipation de chaleur est alors d’une efficacité bien plus grande que le rayonnement. Ce sont en effet 300°C qui sont perdus grâce à la vaporisation du liquide de la mèche. En effet, lorsqu’il bout, sa température est fixée par la transition de phase liquide-gaz, et ne peut plus augmenter tant que tout le liquide n’est pas sous forme de vapeur. Dans ce cas, le rayonnement ou le souffle d’air ont un effet négligeable sur la température. Vous pouvez en faire l’expérience simplement en faisant bouillir de l’eau dans une casserole et en plongeant un thermomètre dedans: la température sera de 100°C. Placez maintenant un ventilateur sur votre casserole, et vous pourrez voir que la température ne change pas !

Ainsi, considérant que le phénomène qui dissipe le plus de chaleur est la vaporisation du liquide et non le souffle d’air, nous nous sommes permis de négliger son effet et donc de ne pas réaliser nos expériences en présence d’une aspiration réaliste.