Calorie

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Une machine à estimer les calories qu'une personne devrait consommer par jour, photo de 1932 en Allemagne.

La calorie est une unité d’énergie valant approximativement 4,2 joules, ce qui correspond à la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau d'°C. Elle a été définie par le chimiste et physicien Nicolas Clément en 1824. Le terme apparaît dans les dictionnaires français à partir de 1841 et dans les dictionnaires anglais à partir de 1867. Elle a été proposée et utilisée avant que Joule établisse l’équivalence chaleur-travail (1843).

À l’époque de sa définition par Clément, la théorie dominante de la chaleur est celle du calorique de Lavoisier, qui ne peut être ni créé ni détruit. La calorie est donc une mesure de la quantité de calorique, c'est-à-dire, à proprement parler, une mesure de la quantité de chaleur. Le nom de la calorie dérive du terme calorique, forgé sur le latin calor « chaleur ».

Les débuts ambigus de la définition de la calorie[modifier | modifier le code]

La première définition historique indiquait seulement que « la calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré centigrade la température d'un kilogramme d'eau. » La définition de la calorie était donc fondée sur la capacité calorifique de l'eau.

La définition a ensuite été changée comme suit : « la calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré centigrade la température d'un gramme d'eau. » Cette définition ne précise pas suffisamment les conditions expérimentales pour permettre une détermination correcte de la calorie, d'où une multiplicité de valeurs dépendant des conditions de mesure. De plus, en changeant la quantité d'eau de référence, elle a conduit à des ambiguïtés et des confusions entre « calorie » et « kilocalorie » (ou « grande calorie ») qui perdurent aujourd'hui. (Voir la section « Variantes et ambiguïtés historiques » ci-après.)

La calorie est une unité « pratique » de quantité de chaleur adoptée et encore utilisée par des chimistes, thermiciens, frigoristes et diététiciens. La calorie n'a jamais fait partie des unités du SI.

Définition[modifier | modifier le code]

Variantes et ambiguïtés historiques[modifier | modifier le code]

Selon sa première définition historique, la calorie était « la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré centigrade la température d'un kilogramme d'eau. » Toutefois, la mesure de la calorie est difficile. Sa valeur dépend de la température, de la pression atmosphérique à laquelle la mesure est effectuée, des conditions expérimentales, etc.

La définition améliorée (calorie à 15 °C) spécifie la calorie comme « la quantité de chaleur nécessaire pour élever un gramme d'eau dégazée de 14,5 °C à 15,5 °C sous pression atmosphérique normale. » Selon cette nouvelle définition, la calorie vaut donc 1/1 000 de sa valeur précédente. Pour lever les ambiguïtés, on appelle la valeur mesurée sur un kilogramme d'eau « grande calorie » (symbole Cal) et celle mesurée sur un gramme d'eau la « petite calorie » (symbole cal) et le terme calorie utilisé seul désigne la petite calorie. Toutefois, on peut retrouver dans des écrits relativement récents de diététique l'emploi de « calorie » pour dire « grande calorie ».

Définitions actuelles[modifier | modifier le code]

La mesure précise de la calorie nécessite de spécifier les conditions expérimentales, en particulier la température de l'eau lors de la mesure.

Le tableau ci-après résume diverses définitions de la calorie (aucune de ces unités n'appartient au SI).

Nom Symbole Équivalence en joules Commentaire
calorie thermochimique calth 4,184 J [1]
calorie à °C cal4 4,204 J quantité d'énergie nécessaire pour élever 1 gramme d'eau dégazée de 3,5 °C à 4,5 °C à pression atmosphérique normale.
calorie à 15 °C cal15 4,1855 J quantité d'énergie nécessaire pour élever 1 gramme d'eau dégazée de 14,5 °C à 15,5 °C à pression atmosphérique normale (101 325 Pa). Les mesures expérimentales sont comprises entre 4,1852 J et 4,1858 J. En 1950, le CIPM a recommandé une moyenne expérimentale de 4,1855 J, avec une incertitude de 0,0005 J[1].
calorie à 20 °C cal20 4,182 J quantité d'énergie nécessaire pour élever 1 gramme d'eau dégazée de 19,5 °C à 20,5 °C à pression atmosphérique normale.
calorie moyenne calmoy 4,190 J 1/100 de la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'1 gramme d'eau dégazée entre °C et 100 °C à pression atmosphérique normale.
calorie des tables de vapeur internationales (1929) 4,1860 J 1/860 watt-heure = 180/43 joule exactement.
calorie des tables de vapeur internationales (1956) calIT 4,1868 J 1,163 mWh = 4,1868 J exactement. Définition adoptée par la cinquième conférence internationale sur les propriétés de la vapeur (Londres, juillet 1956)[1].
calorie IUNS 4,182 J Coefficient de conversion retenu par le Comité des nomenclatures du l'Union internationale des sciences de la nutrition[2].

Unités associées et dérivées[modifier | modifier le code]

Aucune de ces unités n'appartient au SI.

Nom Nom alternatif Symbole Équivalence Commentaire
calorie petite calorie cal 1 British Thermal Unit[3] = 252 cal
grande calorie kilocalorie, calorie kcal, Cal 1 kcal = Cal
1 kcal = 1 000 cal
En diététique le terme « calorie » est encore parfois utilisé pour désigner une « grande calorie ».
thermie Mégacalorie th 1 th = 106 cal
1 th = 1 Mcal[3]
Unité ancienne utilisée autrefois par les gaziers ; à peu près inusitée de nos jours, sauf parfois, et par habitude, par les fabricants de chaudières et chauffe-eau instantanés à gaz.
frigorie fg 1 fg = -1 cal Unité des frigoristes, tombée en désuétude (l'unité rencontrée est la kilofrigorie kfg).

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c ISO 31-4 : Grandeurs et unités ;– Partie 4 : Chaleur. Annexe B : Autres unités données pour information, concernant en particulier les coefficients de conversion. 1992.
  2. (en) Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), « The adoption of joules as units of energy »
  3. a et b Unités de l'énergie connaissance des energies.org, consulté le 18 juin 2014