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Calorie

unité d'énergie
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Cal.
Ne doit pas être confondu avec Calori.
Une machine à estimer les calories qu'une personne devrait consommer par jour, photo de 1932 en Allemagne.

La calorie est une ancienne unité d'énergie. C'est la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d’un gramme d'eau liquide de 14,5 à 15,5 °C. Elle vaut environ 4,1855 joules. C'est une unité hors du système international qui n'est tout au plus utilisée qu'en diététique aujourd'hui.

Étymologie et histoireModifier

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. 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 en 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, lui-même forgé sur le latin calor « chaleur ».

Les débuts ambigus de la définition de la calorieModifier

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 en 1879. Mais l'adoption officielle de la (petite) calorie ne daterait que de 1896[1].

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 (SI).

DéfinitionModifier

Variantes et ambiguïtés historiquesModifier

La définition initiale de la calorie conduisait à mesurer la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré un gramme 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 °C) 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 °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), 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 »[2].

Définitions actuellesModifier

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 [3]
calorie à °C cal4 ≈ 4,204 J quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'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 la température d'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[3].
calorie à 20 °C cal20 ≈ 4,182 J quantité d'énergie nécessaire pour élever la température d'1 gramme d'eau dégazée de 19,5 °C à 20,5 °C à pression atmosphérique normale.
calorie moyenne calmoy ≈ 4,190 J 1100 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 1860 watt-heure = 18043 joules 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, )[3].
calorie IUNS ≡ 4,182 J Coefficient de conversion retenu par le Comité des nomenclatures du l'Union internationale des sciences de la nutrition[4].

Unités associées et dérivéesModifier

Aucune de ces unités n'appartient au SI.

Nom Nom alternatif Symbole Équivalence Commentaire
calorie petite calorie cal 1 British Thermal Unit[5] = 252 cal
grande calorie kilocalorie, calorie kcal, Cal 1 kcal = 1 Cal
1 kcal = 1 000 cal
En diététique le terme « calorie » est souvent utilisé pour désigner une « grande calorie ».
thermie Mégacalorie th th = 106 cal
th = 1 Mcal[5]
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 fg = −1 cal Unité des frigoristes, tombée en désuétude (l'unité rencontrée est la kilofrigorie kfg).

Utilisation diététiqueModifier

Article connexe : Valeur énergétique.

Aujourd'hui 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 physiquesModifier

La dépense énergétique occasionnée par diverses activités physiques est déterminée approximativement et de façon statistique par l'Équivalent métabolique ou MET (Metabolique 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 60 kg et 80 kg.

Tâche Dépense énergétique
d'une personne de 60 kg
Dépense énergétique
d'une personne de 80 kg
Regarder la télévision 60 80
Marche calme (4 km/h) 175 230
Marche soutenue (6 km/h) 220 300
Course à pied (9 km/h) ~450 ~600

Notes :

  • Eliud Kipchoge, pesant 57 kg, est le recordman du marathon de Berlin en 2018. Il a parcouru la distance de 42,195 km en 2 h et 2 min. Selon l'indicateur MET, sa dépense énergétique a été d'environ 2300 kcal ;
  • La dépense énergétique moyenne pour l'activité « Regarder la télévision » proposée par l'indicateur MET est d'environ 70 kcal/h et par spectateur. La valeur standard retenue en France par les frigoristes pour la climatisation des salles de spectacle est de 50 watts par spectateur, soit environ 45 kcal/h et par spectateur.

Notes et référencesModifier

  1. History of the Calorie in Nutrition, James L. Hargrove, The Journal of Nutrition, Volume 136, Issue 12, December 2006. https://doi.org/10.1093/jn/136.12.2957
  2. Jusque dans les années 2000, on entendait encore dire, en diététique, que les besoins énergétique journaliers d'une personne étaient d'environ 1 500 calories alors qu'il fallait entendre kilocalories.
  3. 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.
  4. (en) Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), « The adoption of joules as units of energy »
  5. a et b Unités de l'énergie connaissance des energies.org, consulté le 18 juin 2014

Voir aussiModifier

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