La calorimétrie a, en général, pour objet le calcul et la mesure des chaleurs. Il s’agit d’une technique spécialement utilisée dans le secteur industriel. Elle est aussi idéale pour réaliser des études thermodynamiques. La calorimétrie est en effet très utile pour mesurer la pureté d’un métal. Elle est également souvent utilisée dans le secteur énergétique, ou encore en chimie. Il s’agit d’un excellent outil pour obtenir des résultats précis en mesure d’enthalpie (variation d’énergie interne). Découvrez tous les domaines d’application de la calorimétrie.
Les appareils de mesure : les calorimètres
Afin de recevoir la mesure précise thermique massique d’un solide ou d’un liquide, il est indispensable d’utiliser un instrument de mesure de qualité. Pour cela, on utilise des calorimètres. Pour vous procurer une unité de mesure fiable, optez pour les produits de Ribori Instrumentation, réputés dans le domaine d’instruments scientifiques.
La microcalorimétrie
Cet outil de mesure est généralement utilisé pour effectuer des études thermodynamiques. La microcalorimétrie est nécessaire pour avoir plus de précisions sur les enthalpies de réaction avec des cellules de 1,5 ml. Avec cette dernière, il est indispensable de prendre des volumes d’échantillon assez élevés comparés aux échantillons de la calorimétrie différentielle à balayage, ou en anglais, Differential Scanning Calorimetry (DSC). D’ailleurs, l’échelle utilisée avec l’outil de microcalorimétrie n’est pas le gramme mais plutôt le mg.
Le microcalorimètre permet de travailler en balayage de température, en isotherme et en mode titration. Il est également à noter qu’il permet d’exécuter une agitation magnétique. Cet outil est idéal pour avoir une parfaite stabilité de ligne de base, surtout pour les mesures qui demandent une répétabilité et une excellente précision. La microcalorimétrie peut être utilisée pour des applications variées, comme les mesures de Cp (capacité calorifique), de compatibilité entre principes actifs et excipients, de dénaturation de protéines.
La calorimétrie adiabatique
La calorimétrie adiabatique a fait son apparition dans les années 80 après les divers incidents sur les réacteurs chimiques. Son utilisation vous permet d’évaluer différents paramètres thermiques et pressions. Cette technique, établie par le géant américain dans la fabrication et la distribution de produits chimiques Dow Chemicals, est considérée comme une référence pour garantir la sécurité des procédés.
Elle vous permet de réaliser des études sur la décomposition des composants chimiques. Elle est également souvent utilisée pour obtenir les éléments indispensables à l’évaluation des différents risques des procédés chimiques, surtout en cas d’emballement thermique. Avec la calorimétrie adiabatique, vous pouvez obtenir le départ de la réaction (onset), des informations concernant la chaleur de réaction, la pression de décomposition ainsi que la température maximum.
La calorimétrie de screening
Dans l’industrie chimique, les laboratoires d’analyses thermiques doivent en général réaliser de nombreux échantillons. Étant donné que l’utilisation de la DSC n’est plus adaptée pour obtenir des tailles d’échantillons très représentatives, ou encore pour réaliser des études de réactions, ils utilisent à la place la calorimétrie de screening.
Elle vous permet de réaliser jusqu’à 6 échantillons. En plus de sa rapidité sur la détermination de la température, elle vous permet d’identifier rapidement la chaleur d’une réaction, ainsi que sa pression. Avec cet outil, vous pouvez utiliser des échantillons allant de 10 mg jusqu’à 100 g, pour enfin obtenir des données qui vous permettent d’approfondir vos études, et ce, en seulement 30 minutes. Le calorimètre de screening est doté d’une excellente sensibilité, ce qui permet d’accéder à des données thermocinétiques précises, liées à la propagation de la chaleur.
Les domaines d’application de la calorimétrie
La calorimétrie est utilisée dans plusieurs domaines, mais principalement dans l’industrie. D’ailleurs, elle tient un rôle primordial dans ce secteur.
Application en métallurgie
De nos jours, l’analyse de la pureté d’un métal devient possible grâce à la calorimétrie. Avec un thermogramme, la présence d’impuretés peut engendrer une courbure. D’où la nécessité d’utiliser la calorimétrie pour réaliser certaines analyses de pureté d’un métal, ce qui la rend indispensable en métallurgie.
La calorimétrie est également utile dans les mélanges métalliques et d’alliages. Elle permet de déterminer les enthalpies de fusion ainsi que leurs températures. Grâce à elle, il devient possible d’évaluer le degré d’écrouissage d’un métal.
L’utilité de la calorimétrie en chimie
La calorimétrie a également une grande importance dans l’industrie chimique. Elle permet d’identifier les énergies de liaison des molécules, grâce à la mesure d’enthalpie de combustion et de sublimation de quelques substances solides. Cela permet de réaliser une comparaison des énergies, à l’aide d’une simulation de certaines conformations des molécules, et surtout de déterminer leur configuration effective.
La proportion d’isomères actifs des produits pharmaceutiques est également déterminée par une analyse calorimétrique différentielle, ou l’ADC. Cela permet de réaliser des études sur le vieillissement d’un produit, pour pouvoir déterminer sa date de péremption. En pétrochimie, les études des enthalpies de réaction et de la chimisorption permettent d’étudier les différents mécanismes de la catalyse hétérogène. En génie chimique en revanche, elle permet la réalisation d’études des procédés et de la sécurité de stockages.
La calorimétrie dans le domaine de l’industrie énergétique
La calorimétrie a également une grande importance dans les mesures d’enthalpies des coupes de gaz naturel, de pétrole et de charbon. Elle permet de connaître leurs intérêts énergétiques, ainsi que leur valeur marchande. La calorimétrie rend aussi possibles la restitution et le stockage d’hydrogène. Elle permet également de mesurer la radioactivité des réacteurs nucléaires.
La calorimétrie : les autres domaines d’application
Les domaines d’application de la calorimétrie sont encore très variés. Il s’agit en effet d’un moyen pour comprendre, suivre et quantifier tout échange thermique. Elle est très utile dans la biologie, pour assurer le suivi du métabolisme des êtres vivants (plantes, animaux, virus, bactéries…), en fonction des diverses conditions auxquelles ils sont exposés.
La calorimétrie tient également une grande importance dans l’environnement et la sécurité. Grâce à elle, il devient possible de dégager peu de chaleur avec les séparateurs de CO2, en les rendant peu exothermiques. La calorimétrie contribue également au perfectionnement de la sécurité d’un logement et des bâtiments, en mettant en évidence l’enthalpie de combustion des différents matériaux incendiaires. Elle permet aussi d’agir sur les matériaux, notamment la prise des ciments et des autres liants hydrauliques.