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[Cal] [Calori] vignette
La CALORIE (ou PETITE CALORIE, de symbole « cal ») et la KILOCALORIE (ou
GRANDE CALORIE, de symbole « kcal » ou « Cal ») sont des unités d'énergie,
tombées en désuétude en physique et en chimie, mais encore régulièrement
utilisées dans des applications grand public, telles que le sport, le bâtiment
(isolation thermique), la diététique (où la grande calorie est simplement
appelée « calorie »).
La (petite) calorie est définie comme la quantité d'énergie nécessaire pour
élever la température d’un gramme d'eau liquide de [1] sous une pression d'une
atmosphère, et vaut environ [4,184 joule s]. Elle n'appartient pas au Système
international d'unités, qui lui a préféré le joule. Elle permet par exemple
d'évaluer la puissance extraite d'une quantité d'eau en la rafraîchissant à
l'aide d'une pompe à chaleur.
** Étymologie et histoire
La calorie a été définie par le chimiste et physicien Nicolas Clément en 1824,
avec une valeur mille fois plus élevée que la définition actuelle. Elle a été
proposée et utilisée avant que James Prescott Joule n’établisse l’équivalence
chaleur-travail en 1843[1].
La « petite calorie » (moderne) a été introduite par le chimiste
Pierre-Antoine Favre et le physicien Jean Thiébault Silbermann en 1852. Le
terme apparaît dans les dictionnaires français à partir de 1841 et dans les
dictionnaires anglais à partir de 1867. À l’époque de sa définition par
Clément, la théorie dominante de la chaleur est celle du calorique d'Antoine
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_, lui-même forgé sur le [calor], « chaleur ».
** Débuts ambigus de la définition de la calorie
La première définition historique de la calorie 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 ainsi : [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).
Le passage de la « grande calorie » à la « (petite) calorie » semble avoir été
progressif. Par exemple, Marcellin Berthelot fait la distinction entre le
gramme-calorie (calorie moderne) et le kilogramme-calorie (kilocalorie
moderne) en 1879, mais l'adoption officielle de la (petite) calorie ne
daterait que de 1896[2].
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 Système international d'unités
(SI).
** Définition
*** Variantes et ambiguïtés historiques
La définition initiale de la calorie conduisait à mesurer la quantité de
chaleur nécessaire pour élever d'un degré Celsius un kilogramme d'eau. Cette
mesure est difficile. La définition omet de spécifier nombre de paramètres
qui influent sur le résultat : élever l'eau d'un degré – de quelle à quelle
température ? sous quelle pression atmosphérique ? l'eau doit-elle être
dégazée ? déminéralisée ?[etc.]
La définition dite (calorie à [15]) spécifie la calorie comme [la quantité de
chaleur nécessaire pour élever non plus un _kilogramme_ mais un _gramme_ d'eau
[ distillée et ] dégazée de [14.5] à [15.5] sous pression atmosphérique
normale]. Selon cette nouvelle définition, la calorie vaut donc
1/[formatnum:1000] de sa valeur précédente. Pour lever les ambiguïtés, on
appelle la valeur mesurée sur un kilogramme d'eau GRANDE CALORIE (symbole
CAL), 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 »[3].
*** Définitions actuelles
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).
{|class=wikitable ! Nom !! Symbole !! Équivalence en joules !! Commentaire |-
| calorie thermochimique|| cal[th] || ≡ [4.184] || [4] |- | calorie à [4] ||
cal[4] || ≈ [4.204] || Quantité d'énergie nécessaire pour élever la
température d'un gramme d'eau dégazée de [3.5] à [4.5] à pression
atmosphérique normale. |- | calorie à [15] || cal[15] || ≈ [4.1855] ||
Quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau
dégazée de [14.5] à [15.5] à pression atmosphérique normale ([101325]). Les
mesures expérimentales sont comprises entre [4.1852] et [4.1858]. En 1950, le
CIPM a recommandé une moyenne expérimentale de [4.1855], avec une incertitude
de [0.0005]<ref name="iso31-4" />. |- | calorie à [20] || cal[20] || ≈
[4.182] || Quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un
gramme d'eau dégazée de [19.5] à [20.5] à pression atmosphérique normale. |-
| calorie moyenne || cal[moy] || ≈ [4.190] || [1] de la quantité d'énergie
nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau dégazée entre [0] et
[100] à pression atmosphérique normale. |- | calorie des tables de vapeur
internationales (1929) || || ≈ [4.1860] || [1] watt-heure = [180] joules
exactement. |- | calorie des tables de vapeur internationales (1956) ||
cal[IT] || ≡ [4.1868] || [1.163] = [4.1868] exactement. Définition adoptée
par la cinquième conférence internationale sur les propriétés de la vapeur
(Londres, [juillet 1956])[5][,]<ref name="iso31-4" />. |- | calorie IUNS ||
|| ≡ [4.182] || Coefficient de conversion retenu par le Comité des
nomenclatures du l'Union internationale des sciences de la nutrition[6]. |}
** Unités associées et dérivées
Aucune de ces unités n'appartient au SI.
{|class=wikitable ! Nom !! Nom alternatif !! Symbole !! Équivalence !!
Commentaire |- | calorie || petite calorie || cal || || 1 British Thermal
Unit[7] = [252] |- || grande calorie || kilocalorie, _calorie_ || kcal, Cal ||
[1] = [1]<br />[1] = [1000] || En diététique le terme « calorie » est souvent
utilisé pour désigner une « grande calorie ». |- | thermie || Mégacalorie ||
th || [1] = [10 [6]]<br />[1] = [1]<ref name="unc"/> || 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] = [-1] || Unité des
frigoristes, tombée en désuétude (l'unité rencontrée est la kilofrigorie,
_kfg_). |}
** Utilisation en diététique
[Valeur énergétique] Au [XXI], l'acceptation largement répandue de la calorie
se réfère au domaine de la diététique et de l'alimentation. La calorie est
alors considérée comme référentiel énergétique devant servir à mettre en place
une alimentation équilibrée adaptée au fonctionnement de l'individu. On
adopte une approche différentielle entre la quantité de calories nécessaires à
l'organisme selon l'âge, le sexe, l'intensité d'activité journalière, et le
nombre de calories apportées par les macronutriments (glucides, lipides et
protéines) de l'alimentation. L'usage d'une table de calorie est utilisée
pour faciliter les calculs. Une calorie vide est une calorie qui n'est
associée à aucun nutriment indispensable à la santé.
*** Dépense énergétique en Calories (kcal) des efforts physiques
La dépense énergétique occasionnée par diverses activités physiques est
déterminée approximativement et de façon statistique par l'équivalent
métabolique ou MET (_[en]_). Cet indicateur permet d'évaluer la quantité
d'énergie métabolique pour la réalisation de la tâche.
Le tableau ci-dessous résume les dépenses énergétiques, en kilocalories, de
quelques tâches effectuées pendant une heure par des personnes pesant [60] et
[80].
{|class=wikitable ! Tâche !! Dépense énergétique<br>d'une personne de [60] !!
Dépense énergétique<br>d'une personne de [80] |- | Regarder la télévision
|style="text-align:center;"| 60 |style="text-align:center;"| 80 |- | Marche
calme ([4]) |style="text-align:center;"| 175 |style="text-align:center;"| 230
|- |Marche soutenue ([6]) |style="text-align:center;"| 220
|style="text-align:center;"| 300 |- | Course à pied ([9])
|style="text-align:center;" | 450 |style="text-align:center;" | 600 |}
Notes :
- Eliud Kipchoge , pesant [57] , est le détenteur du record du marathon de Berlin en 2018. Il a parcouru la distance de [42.195] en [2] [1] et [39] [8] . Selon l'indicateur MET, sa dépense énergétique a été d'environ [2300] ;
- la dépense énergétique moyenne pour l'activité « regarder la télévision » proposée par l'indicateur MET est d'environ [70] et par spectateur. La valeur standard retenue en France par les frigoristes [refsou] pour la climatisation des salles de spectacle est de [50] par spectateur, soit environ [45] et par spectateur.
** Notes et références
[Références]
** Voir aussi
[Wiktionary=calorie]
- Valeur énergétique
- Équivalent métabolique
[chimie]
Catégorie:Unité non-SI Calorie Catégorie:Nutrition Catégorie:Calorimétrie