Réchaud à gaz
Un article de Wiki Vie Sauvage et Survie.
Le petit Bleuet a été un emblème pour l'ensemble d'une génération de campeurs de tous horizons. Aujourd'hui, après bien du chemin parcouru, on trouve des réchauds à gaz de tous formats, destinés à des activités variées. Tous ces réchauds ont pour point commun d'être aussi simples d'emploi que la gazinière de la maison, de rester fiables et très propres. Cela dit, ils traînent aussi quelques vrais inconvénients, en particulier leurs très mauvaises performances dans le froid.
Le réchaud à gaz, pour qui ?
- Un réchaud à gaz est idéal pour des randonnées de durée limitée, avec des températures clémentes, pour des gens qui souhaitent un appareil bon marché et simple d'emploi tout en étant suffisamment léger pour quiconque ne pratique pas la chasse aux grammes.
- Les réchauds à gaz trouvent aussi leur utilisation en escalade sous des formes souvent plus élaborées, conçues pour s'accrocher en paroi ; et parfois même en alpinisme engagé, avec des modèles particuliers conçus pour résister aux grands froids.
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Principes de fonctionnement
Ici, on brûle des gaz issus de la distillation du pétrole. Les plus courants sont le butane, l'isobutane et le propane. On parlera plus tard de ces gaz et de ce qui les différencie. Ces gaz sont stockés à température ambiante sous forme liquéfiée dans un conteneur étanche : la cartouche. On arrive à liquéfier un gaz en le soumettant à une pression suffisante, environ deux à trois fois la pression atmosphérique pour le butane, et plus de dix fois la pression atmosphérique pour le propane.
La nature ayant horreur du vide, lorsqu'un gaz liquide est maintenu dans un conteneur étanche, la partie qui n'est pas occupée par le liquide se remplit de vapeurs, en l'occurence du gaz pur sous forme gazeuse. Ce sont ces vapeurs qu'on va brûler dans le réchaud, dans la plupart des cas.
La cartouche est reliée au réchaud proprement dit par un système de raccord propre à chaque modèle. Les divers systèmes de raccords disponibles sur le marché sont pour beaucoup incompatibles entre eux, et cela devra être un critère de choix du réchaud, même s'il existe des adaptateurs comme pour les prises électriques. L'utilisation d'adaptateurs peut parfois être dangereuse, en ce qu'on peut alors alimenter un réchaud avec un type de gaz pour lequel il n'est pas prévu. Le raccord le plus simple consiste à laisser le réchaud percer le métal de la cartouche. Longtemps utilisé, il est aujourd'hui abandonné au profit des systèmes à soupapes qui permettent de brancher ou débrancher la cartouche à volonté et sont beaucoup plus sûrs. Le plus souvent le réchaud est monté sur le dessus de la cartouche, mais on peut voir aussi des montages latéraux ou bien des montages où réchaud et cartouche sont reliés par un tuyau.
Lorsqu'il est branché, le raccord laisse le gaz s'échapper de la cartouche et pénétrer dans le réchaud. Au fur et à mesure que le gaz s'échappe dans le réchaud, le liquide contenu dans la cartouche s'évapore et maintient une pression constante, la pression de vapeur saturante. Cette évaporation refroidit le liquide.
Le gaz arrive alors au robinet. Le robinet permet non seulement de réguler finement le débit, mais aussi d'arrêter facilement le réchaud, deux actions qui ne sont pas forcément évidentes sur des réchauds fonctionnant avec d'autres types de combustibles.
Après le robinet, le gaz entre dans un tube, percé de larges orifices sur les côtés, qui joue deux rôles. Son rôle principal est de laisser l'air entrer par les orifices latéraux, de manière à obtenir un mélange air-gaz le plus proche possible de l'optimum (mélange stoechiométrique). Le second rôle se manifeste lorsqu'on utilise le réchaud par grand froid, et consiste à vaporiser d'éventuelles gouttelettes de combustible, voire à vaporiser un flux liquide continu sur les réchauds conçus spécialement pour le froid. On en reparlera plus bas dans la section "Combustibles et froid".
Le mélange air-gaz arrive alors finalement dans le diffuseur, ce petit élément qui a le plus souvent l'allure d'un brûleur de gazinière. C'est par là que le mélange combustible est réparti en forme de couronne efficace pour chauffer une casserole, et s'enflamme.
Précautions d'emploi
La principale précaution à prendre est très simple : ne pas laisser surchauffer la cartouche. On voit des gens qui, luttant contre la mauvaise volonté de leur réchaud, préchauffent ou réchauffent des cartouches en tenant une bougie ou un réchaud dessous !! C'est très dangereux, et la sélection naturelle ne manquera pas de faire disparaître ces comportements. De même, il faut faire attention avec l'utilisation des paravents. S'ils reflètent trop de chaleur vers la cartouche et que le réchaud fonctionne suffisamment longtemps dans cette position, la cartouche peut subir une pression anormalement élevée et son fond embouti se séparera de son corps à grand fracas en laissant s'échapper plusieurs dizaines ou centaines de grammes de gaz hautement explosif.
Une autre précaution consiste à alimenter le réchaud avec le gaz pour lequel il est prévu. En particulier, ne jamais alimenter directement un réchaud à butane avec du propane ou, dans une moindre mesure, du mélange. Normalement, la forme des raccords empêche ces méprises. Si, pour une étrange raison, on tient vraiment à utiliser un autre gaz, il faut absolument insérer un régulateur de pression entre la cartouche et le réchaud.
Combustibles et froid
Les combustibles
On utilise principalement trois combustibles, purs ou en mélanges de diverses proportions.
- Le butane forme le gros des troupes. Doté de qualités énergétiques supérieures au propane, il a aussi l'avantage de se liquéfier sous une pression suffisamment faible pour que les cartouches qui le contiennent n'aient pas besoin d'être démesurément solides, et elles restent donc relativement légères (100 à 150 grammes tout de même).
Le problème du butane, c'est qu'au-dessous de 5°C il commence à mal se vaporiser, et au-dessous de 0°C on peut considèrer qu'il ne se vaporise plus du tout ! Cela rend le réchaud inopérant juste quand on aurait vraiment commencé à l'apprécier.
- L'isobutane, que les intimes, dans un souci de clarté, appellent aussi méthylpropane (aaah la chimie), présente les mêmes qualités énergétiques que le butane, avec une meilleure résistance au froid. Il cessera de fonctionner vers -12°C au lieu de 0°C. L'inconvénient est qu'il est stocké sous une pression plus élevée, et nécessite donc une cartouche plus solide et plus lourde.
- Le propane pousse plus loin les qualités de résistance au froid, puisqu'on peut compter sur lui jusqu'à -40°C. Par contre, l'énergie massique du propane est inférieure à celle du butane et de l'isobutane, et la pression de stockage devient vraiment significative, plus de 10 bars à température ambiante, d'où des cartouches assez lourdes qui commencent à être aussi pratiques à balader que la bouteille de gaz domestique de la station-service du coin.
Les cartouches destinées aux réchauds typés "montagne" sont souvent un mélange de ces trois gaz, par exemple 70% de butane, 20% d'isobutane et 10% de propane. Comme déjà dit, il faut faire attention à ne pas utiliser ce type de cartouches, et encore moins les cartouches de pur propane, sur de gentils réchauds familiaux conçus pour fonctionner exclusivement au butane, car ces derniers ne sont pas conçus pour résister aux pressions élevées des autres gaz et sont susceptibles d'exploser.
Comportement au froid
C'est maintenant que ça devient intéressant : qu'est-ce qui se passe quand on essaye de faire fonctionner une cartouche froide ?
On pourrait donner des recettes de cuisine, des comportements à apprendre "par cœur", mais il est toujours plus amusant de comprendre les phénomènes, et, quand on les comprend, on peut aussi les maîtriser. Penchons-nous donc un instant sur une notion physique au nom peu aguichant mais au concept somme toute assez simple : la pression de vapeur saturante.
Si je mets un liquide dans une boîte étanche, la partie qui n'est pas occupée par le liquide va se remplir de "vapeurs", résultat de l'évaporation du liquide, comme un flaque d'eau finit par s'évaporer dans l'air. Le liquide va s'évaporer, formant de plus en plus de vapeur jusqu'à ce que cette vapeur atteigne une certaine pression, qu'on appelle la pression de vapeur saturante. Cette expression pompeuse désigne donc simplement la pression d'équilibre, disons la pression "naturelle" à laquelle le gaz se trouvera dans la cartouche. Cette pression de vapeur saturante dépend de la nature du gaz et de sa température. Plus le gaz est froid, plus elle est faible, et on sait que de cette pression dépendra le débit et donc la bonne marche du réchaud. C'est pourquoi la flamme du réchaud est moins forte par un petit matin de printemps au bord d'un lac que par une chaude journée méditerranéenne au milieu du calcaire plombé par le soleil.
Ce phénomène est amplifié par le fait qu'au fur et à mesure que le gaz est consommé, la partie liquide s'évapore pour maintenir la pression de la partie gazeuse ; or cette évaporation elle-même refroidit encore plus la cartouche (c'est le même principe qu'un frigo), phénomène par lequel cette cartouche se retrouve facilement à une température bien inférieure à la température ambiante. Il est courant, lorsque la température est positive de quelques degrés, de voir de la glace s'accumuler sur le pied de la cartouche.
Maintenant, que se passe-t-il avec les mélanges butane/propane ?
Aux températures faiblement positives, du fait de la pression de vapeur saturante supérieure du propane, au début ce seront essentiellement des vapeurs de propane qui surnageront dans la cartouche, à une pression normale. Le réchaud fonctionnera bien, ne brûlant presque que du propane. Malheureusement, pour les raisons de poids du contenant évoquées plus haut, ce gaz miracle n'entre typiquement que pour 20 ou, au mieux, 30% de la composition du contenu de la cartouche et aura tôt fait d'être entièrement consommé pour céder la place au butane. La pression sera alors plus faible, parfois désespérément faible, le réchaud maintiendra timidement une petite flamme bleue et ne chauffera pas assez fort pour être utile.
S'il fait assez froid (même juste un peu en dessous de zéro), le réchaud s'éteindra et on ne pourra pas le rallumer.
Bien sûr, l'échéance est un brin retardée lorsqu'on a un peu d'isobutane dans le mélange.
Vaincre le froid : réchauffer la cartouche
La première parade à ce problème, la plus évidente, consiste à éviter que la cartouche ne se refroidisse trop. Comme il est très imprudent de chauffer une cartouche à la flamme, on est obligé d'avoir recours à des méthodes plus douces. Par exemple on peut mettre une cartouche dans sa veste ou dans son sac de couchage pendant un certain temps.
Cela dit, sous l'effet conjugué de la température extérieure et de l'ébullition dans la cartouche, la cartouche ne restera pas forcément chaude très longtemps. Pour retarder son refroidissement, il est judicieux de l'isoler du sol et de la protéger du vent, par exemple en creusant un petit trou dans la neige.
Vaincre le froid : utiliser directement la phase liquide
J'ai raconté plus haut que le petit tube métallique percé de trous qui mélange l'air au gaz avait aussi une seconde fonction. On y arrive justement.
Une fois que ce tube est chaud, si au lieu de l'alimenter avec du gaz déjà vaporisé, on l'alimente avec du gaz liquide, ce dernier s'échauffera en passant et sera vaporisé dans le tube, selon le même principe que ce qu'on observe dans les réchauds à essence, fournissant finalement au brûleur le même gaz que s'il s'était naturellement vaporisé dans la cartouche, comme c'est le cas normalement.
Pour alimenter le réchaud en liquide, rien de plus simple : il suffit de mettre la cartouche la tête en bas. Le liquide coulera alors tout naturellement à travers le raccord. Souci : il serait pour le moins un peu acrobatique de faire tenir une casserole pleine d'eau sur un réchaud monté à l'envers, sans parler du fait que l'air chaud remontant, la casserole serait mal chauffée et la cartouche exploserait ; c'est une des raisons d'être des réchauds à gaz qui séparent la cartouche et le brûleur par un tuyau souple. Ainsi, pour démarrer le réchaud, on laisse la cartouche à l'endroit. Le réchaud démarre au propane et chauffe le tube vaporisateur en quelques secondes. Une fois que c'est fait, on retourne la cartouche qu'on peut poser sur un support approprié, et on veille à fermer un peu le robinet. Le réchaud est alors alimenté directement par le gaz liquéfié, essentiellement du butane. Le précieux propane est donc épargné et reste là tranquillement, servant à pressuriser la cartouche pour expulser le liquide et restant en réserve pour l'allumage suivant.
Il existe des réchauds qui peuvent accessoirement être utilisés de cette manière sans que cette possibilité soit forcément évoquée dans la notice, tandis que d'autres sont tout spécialement conçus pour cela et optimisent l'utilisation du gaz liquide.
Considérations écologiques
En plus de son prix et du poids de l'emballage, l'utilisation du gaz pose deux problèmes moraux.
D'abord, c'est un combustible fossile, avec tous les problèmes que l'on connaît : ressources limitées, bilan carbonique non nul participant à l'effet de serre, sans parler des tensions géopolitiques.
Le second problème, c'est qu'une fois vide la cartouche devient un déchet, déchet dangereux qui plus est. Même apparemment vide, elle reste potentiellement explosive. Et on peut méditer un peu sur l'idée de jeter en masses des dispositifs somme toute assez élaborés (pour satisfaire aux normes de sécurité) coûtant à la Terre une énergie non négligeable chaque fois qu'on en fabrique un.
