{"id":41326,"date":"2024-07-18T11:24:27","date_gmt":"2024-07-18T09:24:27","guid":{"rendered":"https:\/\/www.linseis.com\/capacite-thermique-specifique\/"},"modified":"2025-08-07T07:32:00","modified_gmt":"2025-08-07T05:32:00","slug":"capacite-thermique-specifique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/connaissance\/capacite-thermique-specifique\/","title":{"rendered":"Capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique"},"content":{"rendered":"\t\t
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\u00ab\u00a0La capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique indique la capacit\u00e9 d’une substance \u00e0 stocker la chaleur. Cette quantit\u00e9 de substance correspond \u00e0 la quantit\u00e9 de chaleur n\u00e9cessaire pour chauffer une quantit\u00e9 donn\u00e9e d’une substance \u00e0 un Kelvin\u00a0\u00bb.<\/p>

Avec l’aide des DSCs <\/strong><\/a>la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique (ci-apr\u00e8s d\u00e9nomm\u00e9e Cp) peut \u00eatre d\u00e9termin\u00e9e [3, section 6.2].
La capacit\u00e9 calorifique sp\u00e9cifique, en ajoutant la masse, est une quantit\u00e9 intensive.
Elle indique la quantit\u00e9 de chaleur qu’une substance doit absorber pour augmenter la masse d’une substance par une diff\u00e9rence de temp\u00e9rature d\u00e9finie.
La Cp d\u00e9pend de la temp\u00e9rature et se calcule comme suit<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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o\u00f9 la pression ambiante est suppos\u00e9e constante [2, p. 118].\nL’unit\u00e9 de la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique [3, p. 78] est la suivante <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tune pression constante, indiqu\u00e9e par l’indice \u00ab\u00a0p\u00a0\u00bb, est une condition pr\u00e9alable \u00e0 des mesures DSC correctes.\nEn outre, la capacit\u00e9 calorifique peut \u00e9galement \u00eatre repr\u00e9sent\u00e9e en supposant un volume constant, \u00e9galement d\u00e9sign\u00e9 par Cv.\nLa figure 1 ci-dessous illustre une courbe Cp typique d’un signal de mesure DSC avec une augmentation significative suppos\u00e9e de la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique au cours d’un processus de fusion. \t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Figure 1 : R\u00e9sultat d'une mesure de CP [4, p. 250]<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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L’augmentation de la valeur Cp indiqu\u00e9e s’explique par le caract\u00e8re endothermique de cette transition.\nLe syst\u00e8me de mesure doit donc fournir plus d’\u00e9nergie pour suivre le profil de temp\u00e9rature donn\u00e9.\nCependant, cela ne correspond pas au Cp r\u00e9el et c’est pourquoi la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique dans la r\u00e9gion d’une transition de phase est suppos\u00e9e infinie. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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R\u00e9f\u00e9rencement \u00e0 l'aide de saphir<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tLe saphir repr\u00e9sente l’\u00e9talon le plus largement utilis\u00e9 pour la d\u00e9termination des facteurs de correction pour la mesure de la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique avec les DSC.\nLe cristal, compos\u00e9 d’oxyde d’aluminium (ci-apr\u00e8s d\u00e9nomm\u00e9 Al2<\/sub>O3<\/sub>), existe \u00e0 l’\u00e9tat naturel.\nToutefois, le saphir peut \u00e9galement \u00eatre produit synth\u00e9tiquement et dans une qualit\u00e9 parfaite.\nLes verres de saphir produits synth\u00e9tiquement sont g\u00e9n\u00e9ralement incolores et, en raison de leur temp\u00e9rature de fusion \u00e9lev\u00e9e de 2050 \u00b0C, inertes dans la plage de temp\u00e9rature couramment utilis\u00e9e pour les DSC.\nLa production artificielle permet de fabriquer le saphir avec une grande pr\u00e9cision et repr\u00e9sente une norme tr\u00e8s pr\u00e9cise.\nToutefois, les \u00e9chantillons ayant des capacit\u00e9s thermiques sp\u00e9cifiques tr\u00e8s diff\u00e9rentes peuvent pr\u00e9senter des \u00e9carts de mesure.\nDans ce cas, il convient d’utiliser un \u00e9talon ayant une capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique comparable.\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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M\u00e9thodes de d\u00e9termination de la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique par DSC<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Il existe plusieurs m\u00e9thodes pour d\u00e9terminer la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique \u00e0 l’aide de calorim\u00e8tres \u00e0 balayage diff\u00e9rentiel.\nElles sont bri\u00e8vement pr\u00e9sent\u00e9es ci-dessous. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Mesure classique de la PC \u00e0 l'aide de la DSC<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La d\u00e9termination classique de la capacit\u00e9 calorifique sp\u00e9cifique au moyen de DSC s’effectue en trois \u00e9tapes.\nDans un premier temps, seul le creuset de l’\u00e9chantillon correspondant est chauff\u00e9 et la courbe z\u00e9ro correspondant \u00e0 l’exp\u00e9rience est enregistr\u00e9e afin de compenser l’inertie du syst\u00e8me de mesure.\nDans une deuxi\u00e8me \u00e9tape, un mat\u00e9riau de r\u00e9f\u00e9rence connu est mesur\u00e9 dans les m\u00eames conditions exp\u00e9rimentales.\nLa condition pr\u00e9alable est que le mat\u00e9riau soit tr\u00e8s pur, bien d\u00e9fini et inerte dans la plage de temp\u00e9rature souhait\u00e9e.\nDe m\u00eame, les valeurs bibliographiques de la capacit\u00e9 thermique du mat\u00e9riau de r\u00e9f\u00e9rence en fonction de la temp\u00e9rature doivent \u00eatre disponibles.\nDans une troisi\u00e8me \u00e9tape, l’\u00e9chantillon \u00e0 \u00e9tudier est mesur\u00e9 dans les m\u00eames conditions exp\u00e9rimentales.\nLa courbe z\u00e9ro est soustraite dans chaque cas des mesures de r\u00e9f\u00e9rence et de l’\u00e9chantillon.\n\u00c0 partir de la diff\u00e9rence entre les deux courbes DSC, un facteur d’\u00e9talonnage et la comparaison des flux de chaleur permettent de d\u00e9terminer la capacit\u00e9 calorifique sp\u00e9cifique selon la formule suivante <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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[4, p. 119].\nUne illustration des trois courbes et de la m\u00e9thode est pr\u00e9sent\u00e9e dans la Fig.\n2. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 2 : Illustration des trois mesures DSC requises\n(a) et le profil de chauffage\n(b) pour d\u00e9terminer la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique [4, p. 119] <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\u00c9tant donn\u00e9 que les poids des \u00e9chantillons sont tr\u00e8s faibles, il est n\u00e9cessaire de d\u00e9terminer les masses du mat\u00e9riau de r\u00e9f\u00e9rence et de l’\u00e9chantillon avec une grande pr\u00e9cision.\nLes creusets et toutes les autres conditions ambiantes doivent \u00eatre maintenus aussi identiques que possible.\nDans le cas contraire, des \u00e9carts de mesure se produiront, il faut donc veiller \u00e0 positionner le creuset et l’\u00e9chantillon avec pr\u00e9cision.\nLe mat\u00e9riau de r\u00e9f\u00e9rence doit \u00e9galement \u00eatre similaire \u00e0 l’\u00e9chantillon \u00e9tudi\u00e9 en termes de poids initial et de capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique afin de minimiser les influences telles que les gradients de temp\u00e9rature \u00e0 travers l’\u00e9chantillon. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Mesure de la PC modul\u00e9e en fonction de la temp\u00e9rature \u00e0 l'aide de la DSC<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Lors de la d\u00e9termination de la capacit\u00e9 calorifique sp\u00e9cifique au moyen d’une mesure modul\u00e9e en temp\u00e9rature, la courbe de temp\u00e9rature est superpos\u00e9e \u00e0 une onde sinuso\u00efdale.\nUne condition pr\u00e9alable \u00e0 cette m\u00e9thode de mesure est que le DSC puisse suivre la temp\u00e9rature modul\u00e9e donn\u00e9e.\nEn cons\u00e9quence, le profil de temp\u00e9rature [4, p. 132] peut \u00eatre d\u00e9crit comme suit : <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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A partir de l\u00e0, le flux de chaleur r\u00e9sulte de<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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avec<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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[2, p. 187] qui s’applique<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Si la DSC mesur\u00e9e est \u00e9valu\u00e9e, la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique [1, p. 363] est calcul\u00e9e selon la formule suivante<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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l’inertie des syst\u00e8mes de mesure et des fours limite l’amplitude et entra\u00eene des p\u00e9riodes longues.
\nPour obtenir une bonne r\u00e9solution de la capacit\u00e9 thermique r\u00e9sultante, il faut passer par un nombre suffisamment important de p\u00e9riodes de modulation, ce qui signifie que les mesures prennent du temps. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Mesure de la PC modul\u00e9e en fonction de la temp\u00e9rature \u00e0 l'aide de la DSC<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Lors de la d\u00e9termination de la capacit\u00e9 calorifique sp\u00e9cifique au moyen d’une mesure modul\u00e9e en temp\u00e9rature, la courbe de temp\u00e9rature est superpos\u00e9e \u00e0 une onde sinuso\u00efdale.\nUne condition pr\u00e9alable \u00e0 cette m\u00e9thode de mesure est que le DSC puisse suivre la temp\u00e9rature modul\u00e9e donn\u00e9e.\nPar cons\u00e9quent, le profil de temp\u00e9rature [4, p. 132] peut \u00eatre d\u00e9crit comme suit : <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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A partir de l\u00e0, le flux de chaleur r\u00e9sulte de<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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avec<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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[2, p. 187] qui s’applique<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Si le DSC mesur\u00e9 est \u00e9valu\u00e9, la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique [1, p. 363] est calcul\u00e9e selon la formule suivante<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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l’inertie des syst\u00e8mes de mesure et des fours limite l’amplitude et entra\u00eene des p\u00e9riodes longues.\nPour obtenir une bonne r\u00e9solution de la capacit\u00e9 thermique r\u00e9sultante, il faut passer par un nombre suffisamment important de p\u00e9riodes de modulation, ce qui signifie que les mesures prennent du temps. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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S\u00e9paration des parties r\u00e9versibles et irr\u00e9versibles du signal DSC<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Un signal DSC peut \u00eatre divis\u00e9 en une partie r\u00e9versible (abr\u00e9g\u00e9e en REV dans ce qui suit) et une partie non r\u00e9versible (abr\u00e9g\u00e9e en NONREV dans ce qui suit) selon les crit\u00e8res suivants<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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[5, p. 172].\nLa partie r\u00e9versible d’un signal DSC comprend les effets qui se produisent de mani\u00e8re reproductible, tels que les transitions vitreuses ou les processus de fusion [2, chap. 3.1.4].\nLes effets irr\u00e9versibles sont ceux qui ne se produisent qu’une seule fois dans l’\u00e9chantillon correspondant, comme l’\u00e9vaporation de l’eau.\nLa mesure modul\u00e9e en temp\u00e9rature permet de s\u00e9parer ces signaux les uns des autres.\nSelon la formule de calcul de la mesure modul\u00e9e en temp\u00e9rature [5, p. 172], on peut supposer que <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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En cons\u00e9quence, la partie r\u00e9versible peut \u00eatre d\u00e9crite comme suit.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

et la partie irr\u00e9versible d’un signal DSC selon<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Si le signal de mesure modul\u00e9 a \u00e9t\u00e9 enregistr\u00e9 et que la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique a \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9e au moyen de la DSC comme dans le cas de la mesure de la PC modul\u00e9e en temp\u00e9rature, la NONREV peut \u00eatre calcul\u00e9e comme suit<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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et donc REV peut \u00e9galement \u00eatre calcul\u00e9 en soustrayant NONREV du signal DSC.\nSi des effets sont superpos\u00e9s par d’autres pendant les mesures, ils peuvent souvent \u00eatre clairement attribu\u00e9s et \u00e9valu\u00e9s \u00e0 l’aide de cette s\u00e9paration.\nCependant, le temps et les efforts n\u00e9cessaires sont nettement plus importants.\nLa Fig.\n3 montre une repr\u00e9sentation typique d’un signal DSC avec les composantes r\u00e9versibles et irr\u00e9versibles associ\u00e9es. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figure 3 : Signal DSC, composante du flux thermique REV et NONREV du PET [5, p. 172].<\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Mesure du 3-Omega CP par DSC<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Une autre m\u00e9thode pour d\u00e9terminer la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique est la m\u00e9thode 3\u03c9.\nInvent\u00e9e par David Cahill, cette m\u00e9thode utilise un radiateur excit\u00e9 avec une vitesse angulaire \u03c9.\nLa m\u00e9thode est en fait utilis\u00e9e pour d\u00e9terminer la conductivit\u00e9 thermique [6, p. 19].\nCelle-ci est d\u00e9termin\u00e9e par <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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et peut \u00eatre utilis\u00e9 en conjonction avec<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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peut \u00eatre convertie [6, p. 69].\nAinsi, en mesurant le changement de temp\u00e9rature p\u00e9riodique sur l’\u00e9chantillon, il est possible de d\u00e9terminer l’importance de la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique.\nCependant, \u00e9tant donn\u00e9 que la m\u00e9thode est con\u00e7ue pour mesurer des \u00e9chantillons \u00e0 couches minces, qui sont rarement utilis\u00e9s dans les mesures DSC conventionnelles, la m\u00e9thode est difficilement adapt\u00e9e aux instruments DSC conventionnels. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Vous pouvez d\u00e9terminer la capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique avec les instruments de mesure Linseis suivants : Chip-DSC, DSC PT 1600, STA<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Litt\u00e9rature :<\/h4>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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  1. B. Wunderlich, Analyse thermique des mat\u00e9riaux polym\u00e8res.\nBerlin, Heidelberg : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. <\/li>\n
  2. S. M. Sarge, G. W. H. H\u00f6hne et W. Hemminger, Calorimetry : Fundamentals, instrumentation and applications.\nWeinheim, Allemagne : Wiley-VCH Verlag, 2014. <\/li>\n
  3. G. W. H. H\u00f6hne, W. Hemminger et H.-J. Flammersheim, Differential Scanning Calorimetry : Une introduction pour les praticiens. Berlin, Heidelberg : Springer, 1996.<\/li>\n
  4. G. W. H. H\u00f6hne, W. F. Hemminger und H.-J. Flammersheim, Differential Scanning Calorimetry, 2. Aufl. Berlin, Heidelberg : Springer, 2003.
    J. D. Menczel et R. B. Prime, Thermal analysis of polymers.\nHoboken, N.J : John Wiley, 2009. <\/li>\n
  5. P. B\u00f6ckh et T. Wetzel, W\u00e4rme\u00fcbertragung : Grundlagen und Praxis, 5.\nAufl.\nBerlin : Springer Vieweg, 2014. <\/li>\n<\/ol>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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    La capacit\u00e9 thermique sp\u00e9cifique indique la capacit\u00e9 d’une substance \u00e0 stocker la chaleur.
    \nCette quantit\u00e9 mat\u00e9rielle correspond \u00e0 la quantit\u00e9 de chaleur n\u00e9cessaire pour chauffer une certaine quantit\u00e9 de substance d’un Kelvin. <\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":12536,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"inline_featured_image":false,"footnotes":""},"categories":[187],"tags":[],"class_list":["post-41326","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-connaissance"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/41326","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=41326"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/41326\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12536"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=41326"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=41326"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=41326"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}