Travailler avec des sources de chaleur et/ou de froid

L’application de techniques de températures extrêmes est un élément essentiel de la recherche scientifique et des processus industriels. Par conséquent, une formation adéquate à la sécurité est une condition préalable pour éviter les blessures.

Des températures élevées sont souvent nécessaires pour les réactions chimiques ou les distillations. Les flammes nues sont fréquemment utilisées pour la stérilisation et la modification des équipements de laboratoire et médicaux.

D’autre part, des températures très basses sont souvent nécessaires pour contrôler des réactions fortement exothermiques et pour refroidir des instruments tels qu’un spectromètre à résonance magnétique nucléaire ou une raie de Schlenk.

Les plaques chauffantes et les becs Bunsen sont couramment utilisés pour les opérations à haute température, tandis que la glace carbonique ou l’azote liquide sont appliqués pour un refroidissement extrême. Cependant, toutes ces sources peuvent présenter des dangers importants si elles ne sont pas manipulées avec soin.

Cette vidéo illustre la nature dangereuse des techniques de températures extrêmes, comment utiliser et travailler en toute sécurité avec ces sources, et ce qu’il faut faire en cas d’urgence.

Un bec Bunsen utilise du méthane, du propane ou du butane pour créer une flamme nue. La température de cette flamme peut être grossièrement ajustée entre 250 et 1200 degrés Celsius.

En comparaison, une plaque chauffante est constituée d’une surface plane en aluminium ou en céramique et utilise l’électricité pour générer de la chaleur. Les plaques chauffantes n’ont pas de flammes nues et peuvent être contrôlées avec plus de précision avec des températures allant de 50 à 350 °C.

Si nécessaire, des températures plus élevées peuvent être obtenues avec des plaques chauffantes spéciales atteignant jusqu’à 1250 °C. Pour éviter les risques d’incendie, les flammes nues et les températures élevées des sources chaudes doivent être manipulées avec beaucoup de soin.

Les sources froides peuvent également être dangereuses. La glace sèche, qui est la forme solide du dioxyde de carbone, offre des températures aussi basses que -78 °C. En plus des brûlures par le froid, une sublimation excessive de la glace carbonique pourrait entraîner une accumulation de dioxyde de carbone en très peu de temps, ce qui présente un risque d’hypercapnie.

Enfin, l’azote liquide - un fluide cryogénique - est utilisé lorsque des températures encore plus basses sont nécessaires. Il peut fournir une température de bain aussi basse que -196°C.

L’azote liquide peut se dilater 695 fois en volume et, lors de la vaporisation, peut provoquer un manque extrême d’oxygène dans l’air ambiant, entraînant la suffocation, l’inconscience et la mort dans des circonstances extrêmes.

De plus, une exposition prolongée à la peau peut rapidement entraîner des engelures. Une courte exposition aux fluides oculaires peut endommager les yeux de façon permanente.

Maintenant que vous connaissez les propriétés et les dangers des sources de chaleur et de froid, voyons comment travailler en toute sécurité avec ces composants.

Avant d’utiliser une source chaude, renseignez-vous sur l’emplacement d’un extincteur et d’une couverture anti-feu. Retirez les bijoux et attachez les cheveux longs. Portez toujours une blouse de laboratoire, des lunettes de sécurité, des chaussures à bout fermé et des gants. Vous devriez également envisager d’utiliser des gants de protection thermique, qui isolent efficacement jusqu’à 650 °C.

Nettoyez la zone de toutes les substances combustibles telles que le papier ou les produits chimiques. Placez le bec Bunsen loin des équipements aériens ou des luminaires d’au moins 12 pouces. Vérifiez que le raccord du tuyau à la source de gaz ne fuit pas et utilisez une signalisation appropriée pour indiquer que le brûleur est en marche. Utilisez un briquet avec une buse allongée pour allumer le brûleur.

Une fois que le bec Bunsen fonctionne, ne laissez jamais la flamme nue sans surveillance. Lorsque vous avez terminé, fermez la vanne du bec Bunsen, coupez immédiatement le gaz et fermez le raccordement à la source de gaz, en laissant le brûleur refroidir avant de le manipuler ou de le nettoyer après utilisation.

De nombreuses plaques chauffantes sont équipées d’un agitateur magnétique intégré, d’un affichage numérique et d’une entrée thermocouple pour régler et maintenir la température.

Comme pour le bec Bunsen, sachez où se trouve l’extincteur et quel type utiliser. N’utilisez jamais d’eau ou d’azote liquide pour éteindre un feu de bain d’huile, mais plutôt un extincteur de classe B.

Portez toujours un équipement de protection individuelle lorsque vous travaillez avec une plaque chauffante. Lorsque vous chauffez des substances volatiles et dangereuses, retirez les matériaux inflammables ou combustibles autour de la plaque chauffante et placez la plaque chauffante dans la hotte.

Une fois que vous vous êtes familiarisé avec les propriétés et l’échelle de votre expérience, choisissez la bonne taille de plaque chauffante, une verrerie résistante à la chaleur et sans fissures en borosilicate, et un bain d’huile.

Assurez-vous que la température de l’expérience est inférieure au point d’éclair de votre bain d’huile. Utilisez toujours un condenseur pour chauffer des solvants ou des substances volatiles.

Si du solvant doit être ajouté à l’expérience chauffée, utilisez un entonnoir à goutte égalisant la pression. N’ajoutez pas de solvant directement, car cela pourrait provoquer un incendie instantané. Comme pour le bec Bunsen, ne laissez pas la plaque chauffante sans surveillance.

Les matériaux à très bas point d’ébullition, tels que l’éther diéthylique, doivent être chauffés à l’aide d’un bain-marie au lieu d’un bain d’huile pour éviter un risque important d’incendie.

Si des feuilles métalliques ou des récipients métalliques, tels que des blocs d’aluminium, sont utilisés pour le chauffage, une attention et une prudence particulières doivent être appliquées. Par rapport à un bain d’huile, il n’est pas possible de voir s’il fait chaud ou froid, vérifiez donc toujours la température avec un thermomètre et utilisez des gants résistants à la chaleur.

Maintenant que vous avez appris l’utilisation des sources chaudes, jetons un coup d’œil à l’autre extrême - les sources froides.

La glace sèche doit être stockée dans un récipient en polystyrène et si possible dans une chambre froide pour minimiser la sublimation. Conservez la glace sèche dans des endroits correctement ventilés pour éviter l’hypercapnie. N’utilisez pas un récipient complètement hermétique pour éviter l’expansion du récipient et éventuellement une explosion causée par la sublimation de la glace carbonique.

Portez un équipement de protection individuelle lorsque vous manipulez de la glace sèche. Pour une protection supplémentaire, vous pouvez porter des gants cryogéniques, qui contiennent une isolation multicouche contre les basses températures. De plus, pour obtenir et transporter de petites quantités de glace sèche, utilisez une grande cuillère en plastique et un seau en polystyrène.

Lorsque vous avez terminé, remettez la glace sèche propre dans le récipient de stockage ou laissez-la se sublimer. Si un bain réfrigérant a été fabriqué à l’aide de glace sèche, jetez-le dans le conteneur à déchets dangereux. Ne jetez jamais de glace sèche directement dans l’évier ou la poubelle.

L’azote liquide est stocké et manipulé à l’aide de Dewars, qui est un type de récipient à double paroi avec un vide entre les parois.

Portez toujours un équipement de protection individuelle lorsque vous manipulez de l’azote liquide. Cela comprend des gants isolants et un masque facial, en particulier lorsque vous versez de l’azote liquide, car le liquide a tendance à éclabousser.

Assurez-vous que toutes les zones sont bien ventilées. Lors du transfert d’azote liquide, ne remplissez jamais le Dewar à plus de 80 % et ne fermez jamais hermétiquement le récipient pour éviter l’accumulation de pression. De plus, des précautions supplémentaires doivent être prises lors de l’utilisation d’une ligne de Schlenk. Si le piège froid est immergé dans de l’azote liquide et que l’air est aspiré, il peut condenser l’oxygène dans le piège de refroidissement, créant ainsi des mélanges explosifs d’oxygène liquide et de matières organiques dans le piège.

N’oubliez pas que les sources chaudes et froides peuvent constituer un danger et un risque pour la santé.

En cas de petit incendie, utilisez l’extincteur approprié. Si le feu est trop important, déclenchez l’alarme incendie ou appelez le 911. Évacuez le bâtiment en suivant les consignes d’urgence de votre établissement.

En cas de brûlure de la peau causée par une source chaude, maintenez la zone touchée sous l’eau froide pendant au moins 10 minutes. En cas de brûlure par le froid, maintenez la zone touchée sous de l’eau tiède et non chaude pendant au moins 10 minutes. Ne frottez pas la zone touchée, appliquez un pansement stérile et consultez un médecin.

En cas d’éclaboussures de substances très chaudes ou froides dans les yeux, rincez immédiatement à l’eau abondamment à l’aide d’une douche oculaire et consultez un médecin.

En cas d’étourdissements ou de perte de conscience, lorsque vous travaillez avec de l’azote liquide ou de la glace sèche, déplacez la personne affectée dans un endroit bien ventilé et demandez des soins médicaux supplémentaires si nécessaire.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE au travail avec des sources chaudes et froides. Vous devriez maintenant comprendre les dangers de ces matériaux, comment les utiliser en toute sécurité et ce qu’il faut faire en cas d’urgence telle qu’un incendie ou une brûlure. Comme toujours, merci d’avoir regardé !