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RÉSUMÉ
Après un bref historique de la calorimétrie, cet article propose une classification simple et opérationnelle des nombreux calorimètres existants. Il se concentre sur les types de calorimètres les plus utilisés aujourd'hui : calorimètres adiabatiques, calorimètres quasi-adiabatiques et microcalorimètres à fluxmètre thermique. Pour chacun de ces trois types de calorimètres sont présentées les applications les plus adaptées, aussi bien en recherche fondamentale qu'appliquée, pour l'étude des matériaux et des réactions chimiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean ROUQUEROL : Directeur de recherche émérite au CNRS - Laboratoire MADIREL, UMR CNRS – Aix-Marseille Université
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Françoise ROUQUEROL : Professeur émérite de l'université d'Aix-Marseille - Laboratoire MADIREL, UMR CNRS – Aix-Marseille Université
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Phillip LLEWELLYN : Directeur de recherche au CNRS - Laboratoire MADIREL, UMR CNRS – Aix-Marseille Université
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Renaud DENOYEL : Directeur de recherche au CNRS - Laboratoire MADIREL, UMR CNRS – Aix-Marseille Université
INTRODUCTION
La calorimétrie, qui par définition mesure la chaleur, a une place d'autant plus centrale dans l'étude des phénomènes physiques, chimiques ou biologiques qu'ils s'accompagnent presque toujours d'un échange de chaleur mesurable. Pourtant, les techniques calorimétriques éveillent souvent une certaine réserve chez les expérimentateurs. Les raisons en sont multiples : souvenirs mitigés de la manipulation, pendant les études, d'un calorimètre de Berthelot à la présentation désuète, sentiment d'inconfort devant une thermodynamique paraissant à la fois assez distante du monde réel (hormis la machine à vapeur !) et pleine de chausse-trappes, multiplicité des calorimètres et de leurs présentations, enfin, nécessité de se soumettre aux exigences des lois de la thermique qui imposent en général des expériences plus longues et plus délicates que, par exemple, des mesures par des techniques spectroscopiques courantes. Pourtant, depuis deux siècles, de nombreux chercheurs ont développé beaucoup d'imagination pour permettre la mesure de la chaleur, si prête à « s'échapper » et si difficile à mesurer en totalité. Plus récemment, leur effort a porté sur l'obtention de mesures vraiment significatives : pas seulement une mesure de chaleur, mais la mesure de la variation d'une grandeur comme l'enthalpie ou l'énergie interne, vraiment caractéristique de la transformation subie par l'échantillon et vraiment indépendante de la technique calorimétrique utilisée. Enfin, la calorimétrie a bénéficié des développements technologiques de l'instrumentation scientifique, en sorte qu'on dispose aujourd'hui d'appareils d'utilisation commode, bien qu'ils continuent à demander beaucoup de soin et de rigueur. Leur champ d'application s'étend, comme on le verra, à des domaines très divers dont beaucoup sont accessibles grâce à la calorimétrie à fluxmètre thermique (dite aussi de type « Tian-Calvet ») qui retiendra plus notre attention.
Après une présentation aussi ordonnée que possible de la calorimétrie, nous en décrirons les principales applications en physique et en physico-chimie.
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MOTS-CLÉS
calorimètres adiabatiques calorimètres isopériboliques microcalorimètres Tian-Calvet énergie de réaction calorimétrie thermochimie
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Utilisation et applications de la calorimétrieArticle inclus dans l'offre
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2. Classification opérationnelle des calorimètres
2.1 Bases d'une classification simple
Une difficulté réelle dans la compréhension de la calorimétrie vient de la multiplicité aussi bien des principes de calorimètres proposés (on en dénombre une bonne centaine) que des dénominations et des classifications proposées (pas moins de 13 sont recensées et présentées dans un chapitre qui détaille cette question ). Chaque classification a bien sûr sa logique, ses justifications et ses critères. Pourtant, leur multiplicité montre une certaine insatisfaction. En effet, certaines ne sont pas exhaustives, d'autres font appel à des notions de thermicien ou de modélisateur spécialisé, d'autres enfin font appel à des critères souvent inconnus de l'expérimentateur lui-même (comme par exemple la conductance thermique entre l'échantillon et son environnement). Pour ces raisons, il est apparu souhaitable de proposer une classification qui serait à la fois :
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universelle, c'est-à-dire capable d'englober tous les calorimètres existants ou même à venir ;
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d'application facile, se fondant uniquement sur le principe du calorimètre et ne nécessitant pas la mesure expérimentale de ses paramètres ;
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respectueuse, autant que possible des distinctions le plus souvent utilisées par les expérimentateurs.
Une telle classification, à visée essentiellement pratique et opérationnelle, a finalement pu être élaborée dans le cadre d'une collaboration internationale . Nous en donnons ci-dessous les principaux éléments. Pour la comprendre, il nous suffit de représenter un calorimètre par le schéma de la figure 1.
Le...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ARMSTRONG (L.D.) - * - Can. J. Res., 28A, p. 44-51 (1950).
-
(2) - ATAKE (T.) - Adiabatic heat capacity calorimetry. - In Calorimetry and Thermal Analysis, M. Sorai ed., Wiley, p. 68 (2004).
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(3) - ATKINS (P.), PAULA (J.) - Physical chemistry. - 8e édition, Oxford University Press, p. 28-30 (2006).
-
(4) - BARBERI (P.), RIGNY (P.) - Microcalorimètre pour l'étude des réactions en chimie du fluor. - J. Fluorine Chem., 8, p. 125-132 (1976).
-
(5) - BERTIN (M.), FAROUX (J.P.), RENAULT (J.) - Cours de physique thermodynamique. - Dunod, p. 104 (1989).
-
(6) - BERTHELOT (M.) - * - CR Acad. Sci., 90, p. 1240 (1980), 91, p. 188 (1980).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Congrès annuel français : Journées de Calorimétrie et d'Analyse Thermique (JCAT) de l'Association Française de Calorimétrie et d'Analyse Thermique (AFCAT), avec exposition des fabricants d'instruments http://www.afcat.org/
Congrès quadriennal Européen : European Symposium on Calorimetry and Thermal Analysis (ESTAC), avec exposition des fabricants d'instruments pour le symposium 2010
Congrès quadriennal International : International Congress on Thermal Analysis and Calorimetry (ICTAC), avec exposition des fabricants d'instruments http://www.ictac.org/
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Setaram http://www.setaram.com
TA Instruments http://www.tainstruments.com
Perkin Elmer https://www.perkinelmer.com/fr
Mettler-Toledo http://www.fr.mt.com
Netzsch Gerätebau GmbH http://www.ngb.netzsch.com
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