Calorie
Pour les articles homonymes, voirCal.
Ne doit pas être confondu avecCalori.
Lacalorie(oupetite calorie,de symbole « cal ») et lakilocalorie(ougrande calorie,de symbole « kcal » ou « Cal ») sont desunités d'énergie,tombées en désuétude enphysiqueet enchimie.La grande calorie est encore employée endiététique,où elle est simplement appelée « calorie ».
La (petite) calorie est définie comme la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d’ungrammed'eauliquide de +1°Csous unepressiond'uneatmosphère,et vaut environ4,184joules.Elle n'appartient pas auSystème international d'unités,qui lui a préféré lejoule.Elle permet par exemple d'évaluer la puissance extraite d'une quantité d'eau en la rafraîchissant à l'aide d'unepompe à chaleur.
Étymologie et histoire
[modifier|modifier le code]La calorie a été définie par le chimiste et physicienNicolas Clémenten 1824, avec une valeur mille fois plus élevée que la définition actuelle. Elle a été proposée et utilisée avant queJames Prescott Joulen’établisse l’équivalence chaleur-travailen 1843[1].
La « petite calorie » (moderne) a été introduite par le chimistePierre-Antoine Favreet le physicienJean Thiébault Silbermannen 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 estcelle du caloriqued'Antoine Lavoisier,qui ne peut être ni créé ni détruit. La calorie est donc une mesure de laquantité de calorique,c'est-à-dire, à proprement parler, une mesure de laquantité dechaleur.Le nom de la calorie dérive du termecalorique,lui-même forgé sur lecalor,« chaleur ».
Débuts ambigus de la définition de la calorie
[modifier|modifier le code]La première définition historique de la calorie indiquait seulement que« la calorie est laquantité de chaleurnécessaire pour élever d'undegré centigradela température d'unkilogrammed'eau. »La définition de la calorie était donc fondée sur lacapacité calorifiquede 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'ungrammed'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 Berthelotfait 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 duSystème international d'unités(SI).
Définition
[modifier|modifier le code]Variantes et ambiguïtés historiques
[modifier|modifier le code]La définition initiale de la calorie conduisait à mesurer la quantité dechaleurnécessaire pour élever d'undegré Celsiusun 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 à15°C) spécifie la calorie comme« la quantité de chaleur nécessaire pour élever non plus unkilogrammemais ungrammed'eau [distillée et] dégazée de14,5°Cà15,5°Csouspression 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'eaugrande calorie(symboleCal), celle mesurée sur un gramme d'eau lapetite calorie(symbolecal) et le terme « calorie » utilisé seul désigne la petite calorie. Toutefois, on peut retrouver dans des écrits relativement récents dediététiquel'emploi de « calorie » pour dire « grande calorie »[3].
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 enjoules | Commentaire |
|---|---|---|---|
| caloriethermochimique | calth | ≡ 4,184J | [4] |
| calorie à4°C | cal4 | ≈ 4,204J | Quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau dégazée de3,5°Cà4,5°Cà pression atmosphérique normale. |
| calorie à15°C | cal15 | ≈ 4,185 5J | Quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau dégazée de14,5°Cà15,5°Càpression atmosphérique normale(101 325Pa). Les mesures expérimentales sont comprises entre 4,185 2Jet 4,185 8J.En 1950, leCIPMa recommandé une moyenne expérimentale de 4,185 5J,avec une incertitude de 0,000 5J[4]. |
| calorie à20°C | cal20 | ≈ 4,182J | Quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau dégazée de19,5°Cà20,5°Cà pression atmosphérique normale. |
| calorie moyenne | calmoy | ≈ 4,190J | 1⁄100de la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'un gramme d'eau dégazée entre0°Cet100°Cà pression atmosphérique normale. |
| calorie destables de vapeurinternationales (1929) | ≈ 4,186 0J | 1⁄860watt-heure =180⁄43joules exactement. | |
| calorie destables de vapeurinternationales (1956) | calIT | ≡ 4,186 8J | 1,163mWh= 4,186 8Jexactement. Définition adoptée par la cinquième conférence internationale sur les propriétés de la vapeur (Londres,)[5],[4]. |
| calorieIUNS | ≡ 4,182J | Coefficient de conversion retenu par le Comité des nomenclatures du l'Union internationale des sciences de la nutrition[6]. |
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 | 1British Thermal Unit[7]=252cal | |
| grande calorie | kilocalorie,calorie | kcal,Cal | 1kcal= 1Cal 1kcal=1 000cal |
Endiététiquele terme « calorie » est souvent utilisé pour désigner une « grande calorie ». |
| thermie | Mégacalorie | th | 1th= 106cal 1th=1Mcal[7] |
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-eaux instantanés à gaz. |
| frigorie | fg | 1fg=−1cal | Unité desfrigoristes,tombée en désuétude (l'unité rencontrée est la kilofrigorie,kfg). |
Utilisation en diététique
[modifier|modifier le code]AuXXIesiècle, 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,lipidesetprotéines) de l'alimentation. L'usage d'une table de calorie est utilisée pour faciliter les calculs. Unecalorie videest une calorie qui n'est associée à aucunnutrimentindispensable à la santé.
Dépense énergétique en Calories (kcal) des efforts physiques
[modifier|modifier le code]La dépense énergétique occasionnée par diverses activités physiques est déterminée approximativement et de façon statistique par l'équivalent métaboliqueou MET (metabolic equivalent of task). 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 60kget 80kg.
| Tâche | Dépense énergétique d'une personne de 60kg |
Dépense énergétique d'une personne de 80kg |
|---|---|---|
| Regarder la télévision | 60 | 80 |
| Marche calme (4km/h) | 175 | 230 |
| Marche soutenue (6km/h) | 220 | 300 |
| Course à pied (9km/h) | 450 | 600 |
Notes:
- Eliud Kipchoge,pesant 57kg,est le détenteur du record dumarathon de Berlinen 2018. Il a parcouru la distance de 42,195kmen2h1minet 39 secondes[8].Selon l'indicateur MET, sa dépense énergétique a été d'environ2 300kcal;
- la dépense énergétique moyenne pour l'activité « regarder la télévision » proposée par l'indicateur MET est d'environ 70kcal/het par spectateur. La valeur standard retenue en France par les frigoristes[réf.souhaitée]pour la climatisation des salles de spectacle est de 50 watts par spectateur, soit environ 45kcal/het par spectateur.
Notes et références
[modifier|modifier le code]- (en)James PrescottJoule,«On the Heat evolved by Metallic Conductors of Electricity, and in the Cells of a Battery during Electrolysis»,Philosophical Magazine,vol.19,no124,,p.260(DOI10.1080/14786444108650416,lire en ligne).
- (en)James L.Hargrove,«History of the Calorie in Nutrition»,The Journal of Nutrition,vol.136,no12,(DOI10.1093/jn/136.12.2957).
- Jusque dans les années 2000, on entendait encore, en diététique, que les besoins énergétiques journaliers d'une personne étaient d'environ 1 500caloriesalors qu'il fallait entendrekilocalories.
- ISO31-4:Grandeurs et unités,partie 4: « Chaleur », annexe B: « Autres unités données pour information, concernant en particulier les coefficients de conversion », 1992.
- Le Système international d'unités (SI),Sèvres,Bureau international des poids et mesures,,3eéd.,48p.(lire en ligne[PDF]),p.17:« Cette valeur est celle de la calorie dite « IT » (5th International Conference on Properties of Steam,Londres, 1956). »
- (en)Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture(FAO), «The adoption of joules as units of energy»
- Unités de l'énergieconnaissance des energies.org, consulté le 18 juin 2014
- «Marathon de Berlin: le Kényan Eliud Kipchoge pulvérise le record du monde», surLe Monde,(consulté le).
