L’eau comme réserve d’énergie

L’eau peut stocker des quantités relativement importantes de chaleur. C’est l’une des raisons pour lesquelles les océans jouent un rôle si important dans le climat de notre planète. Pour se rendre compte de la grande capacité calorifique de l’eau, imaginons sauter dans un bain d’eau froide après une séance de sauna. Le fait que l’eau refroidisse naturellement le corps signifie, inversement, que le corps humain chauffe l’eau par sa température corporelle. On pourrait maintenant se poser la question purement théorique de savoir combien de temps il faudrait rester dans la cuve pour chauffer l’eau d’un degré Celsius seulement. Mais n’essayez pas cela dans la pratique, car le risque d’hypothermie dangereuse serait extrêmement élevé.

Mais grâce à des formules physiques, il est également possible de répondre à cette question depuis le bureau, du moins approximativement, parce que, bien sûr, tous les êtres humains n’émettent pas la même quantité d’énergie thermique – simplement parce que la surface corporelle est très différente en taille. L’ordre de grandeur est toutefois correct si l’on suppose, pour le calcul du modèle, que les humains libéreraient une puissance de chauffage de 150 watts dans l’eau. Bien sûr, nous avons aussi besoin de savoir combien d’eau il y a dans la cuve. Disons 1 000 litres, soit 1 000 kilogrammes. Maintenant, tout ce qui manque dans le livre de physique est la valeur de la capacité calorifique spécifique de l’eau, qui est parfois abrégée en chaleur spécifique. Il a une valeur de 4187 joules par kilogramme et par degré. Un kilogramme d’eau doit donc être alimenté en 4187 joules d’énergie afin de le chauffer d’un degré Celsius.

Maintenant, ayons une calculatrice et calculons rapidement combien de temps vous devriez rester dans l’eau froide. De plus, il faut seulement considérer que l’unité « Joule » est synonyme de « Watt times second ». Donc : 4187 fois 1000 divisé par 150 et déjà nous avons le temps en secondes : environ 28 000. Divisé par 60 nous obtenons environ 467 minutes et de nouveau divisé par 60 nous lisons dans l’affichage le nombre 7.77. Ainsi une personne devrait rester environ huit heures dans une cuve d’eau froide pour la chauffer par un degré unique. Comme je l’ai dit, ne l’essayez pas vous-même.

Vous serez peut-être surpris d’apprendre combien de temps il vous faudra pour chauffer 1000 kilogrammes de cuivre d’un degré avec le même rendement de chaleur corporelle : seulement 42 minutes ! Le cuivre a une capacité calorifique onze fois inférieure à celle de l’eau.

Enfin, un chiffre pratique pour un usage quotidien : pour porter à ébullition un litre d’eau à la température de la conduite d’eau, il faut un dixième de kilowattheure d’énergie. Si vous vérifiez votre facture d’électricité pour savoir combien vous payez pour un kilowattheure, vous pouvez rapidement calculer combien coûte l’eau bouillante par thermoplongeur.