Bombe calorimétrique
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Une bombe calorimétrique est un instrument permettant de mesurer le dégagement d’énergie sous forme de chaleur au cours d’une réaction menée à volume constant. Dans ces conditions la chaleur mise en jeu est égale à la variation de la fonction d'état énergie interne U du système réactionnel : ΔU = QV . La chaleur ne dépendant plus de la manière de procéder, on peut la déterminer.
Elle sert en particulier à mesurer le pouvoir calorifique (en J/g) d'une substance.
La bombe calorimétrique a été mise au point par Pierre-Eugène Marcellin Berthelot en 1879 alors qu'il étudiait les phénomènes de combustion à volume constant.
Sommaire |
[modifier] Principe
Pour mesurer le pouvoir calorifique d'une substance, il faut pouvoir calculer l'énergie dégagée par cette substance lors d'une combustion complète, rapide et unique. Complète pour éviter les corrections à calculer si une partie de la substance ne s'est pas consumée, unique pour éviter que des réactions secondaires viennent perturber la mesure et rapide pour éviter les déperditions de chaleur.
Le principe de la bombe calorimétrique remplit ces trois conditions. Il s'agit d'un cylindre en acier, très résistant et très conducteur de chaleur. On dispose au fond de ce cylindre un creuset dans lequel sera déposée la substance à étudier. On remplit alors le cylindre de comburant (dioxygène à une pression de 20 à 30 bar). Le dispositif de mise à feu est constitué d'un fil métallique au contact de la substance et qui sera traversé par un courant fort au moment de la combustion. On plonge alors cette bombe dans un calorimètre constitué d'une cuve d'eau distillée munie d'un agitateur.
On déclenche alors la mise à feu et on mesure l'augmentation de température entre la mise à feu et la fin de la combustion (moment ou la courbe de température redescend). Connaissant la capacité thermique du calorimètre, il est facile de déterminer la quantité d'énergie produite par la combustion. Il ne reste plus qu'à ouvrir la bombe calorimétrique, mesurer la quantité de fil consumé pour éliminer, de l'énergie calculée, l'énergie produite par sa combustion. La quantité d'énergie restante correspond à l'énergie dégagée par la combustion de la substance.
[modifier] Précaution d'emploi
Une bombe calorimétrique doit être étalonnée avant chaque mesure. L'étalonnage s'effectue en réalisant la combustion d'un corps dont le pouvoir calorifique est connu (généralement de l'acide benzoïque, pouvoir calorifique = 26 453 J.g-1). Cet étalonnage va permettre de déterminer la capacité thermique du calorimètre.
Une bombe calorimétrique contient du dioxygène à forte pression. Il est donc nécessaire d'effectuer des contrôles qualité nombreux pour éviter tout risque de fuite.
La réaction de combustion est rapide et totale et dégage une forte énergie pour des corps inertes mais ne peut pas sans danger être utilisée pour des substances explosives.
[modifier] Application biologique
L'oxydation des nutriments se déroule dans le corps humains selon le même principe pour en tirer de l'énergie. Il s'agit du même principe que dans la bombe calorimétrique, cependant en moins rapide et moins intense, en effet les cellules ne pourraient pas résister à une telle augmentation de température. Elle permet donc de trouver les équivalents énergétiques des différents aliments. Cependant, dans l'organisme, l'oxydation des protéines n'est pas aussi complète et abouti à la formation d'urée, il faut donc soustraire la valeur énergétique de l'urée produite. Ainsi on peut arriver a ces équivalences énergétiques :
- lipide : 38 kJ/g (soit environ 9 kcal/g)
- glucide : 17 kJ/g (soit environ 4 kcal/g)
- protéine : 17 kJ/g (soit environ 4 kcal/g)
[modifier] Voir aussi
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