Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article présente quatre tableaux de propriétés thermodynamiques de l’eau, trois pour les domaines biphasés ; un pour l’équilibre liquide et vapeur. Les valeurs ont été élaborées sur la préconisation par l’IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam), à l’exception des domaines extrêmes de températures (au-delà de 1 500 K) et de pressions (au-delà de 0,05 MPa). Sont reportées masses volumiques, enthalpies, entropies, capacités thermiques à volume et pression constantes. Des équations sont livrées pour le calcul des grandeurs thermoélastiques et l’énergie interne.
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Pierre PERROT : Professeur émérite - Laboratoire de métallurgie physique - Université des Sciences et Technologies de Lille
INTRODUCTION
Les propriétés thermodynamiques de l’eau sont présentées en quatre tableaux. Les tableaux 1, 2 et 3 sont relatifs aux domaines biphasés : équilibres entre les différentes variétés de glace et le liquide, équilibres solide-vapeur et liquide-vapeur. Le tableau 4 présente les propriétés thermodynamiques de l’eau dans les domaines monophasés liquide et vapeur.
La formulation utilisée est celle préconisée par l’IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam). Elle couvre un domaine de températures (de 0 à 1 000 oC) et de pressions (de 0,05 à 1 000 MPa) suffisamment large pour ne pas devoir être modifiée avant de nombreuses années. Les données relatives aux domaines extrêmes de températures (1 500, 2 000 et 2 500 K) et de pressions (de 0,05 à 100 MPa) ont également été présentées, mais elles ne sont pas déduites des formulations IAPWS tout en restant cohérentes avec les données tabulées à plus basses températures.
Les grandeurs tabulées sont les masses volumiques, enthalpies, entropies, capacités thermiques à volume et pression constantes. Les grandeurs thermoélastiques, ainsi que l’énergie interne n’ont pas été présentées pour ne pas alourdir démesurément les tableaux, mais, dans la mesure du possible, des équations simples et rigoureuses permettant de les calculer ont été données.
Le lecteur intéressé pourra consulter le site internet http://www.lsbu.ac.uk/water/ sur les propriétés physiques de l’eau, très complet et continuellement mis à jour. À la date de parution de ce dossier, il présentait plus de 1 050 références.
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Équilibres solide-liquide
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2. Équilibres en phases solides
Le diagramme de la glace, établi dans ses grandes lignes par Bridgman , est extrêmement riche puisque, en 2005, outre les trois formes amorphes de la glace (dites basse, haute et très haute densité), quinze variétés cristallines de glace étaient répertoriées, numérotées de I à XIV, la glace I comprenant elle-même deux variétés : la glace Ih (hexagonale) stable et la glace Ic (cubique) métastable. Toute la neige ou la glace rencontrée naturellement sur la terre est de la glace Ih. Les variétés reconnues comme métastables sont les glaces Ic, IV, IX et XII. La glace Ic peut être obtenue par condensation de la vapeur d’eau au-dessous de – 80 oC ; les glaces IV et XII résultent d’un chauffage lent (< 15 K/min pour la glace IV) ou rapide (> 15 K/min pour la glace XII) de la forme amorphe haute densité, de 145 à 250 K sous une pression de 800 MPa ; la glace IX résulte d’une transition polymorphique de la glace III à basse température. Les glaces XIII (forme haute pression de la glace XI) et XIV (forme ordonnée à basse température de la glace XII ) sont vraisemblablement métastables. Toutes les autres variétés de glace sont considérées comme stables. La figure 1 présente, sur un diagramme température-pression, le domaine d’existence des variétés stables de la glace.
Les cinq variétés qui peuvent être en équilibre avec l’eau liquide sont les variétés Ih, III, V, VI, VII et, probablement, la glace X ; les domaines d’existence précis des variétés X, XIII et XIV restent à établir. La glace XI résulte d’une transition polymorphique de la glace Ih au-dessous de 72 K.
Le tableau 1 donne la position des points triples...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRIDGMAN (P.W.) - Proc. Am. Acad. Arts Sci., - 47, p. 439-558 (1912).
-
(2) - LEVELT-SENGERS (J.M.H.), KAMGAR-PARSI (B.), BALFOUR (F.W.), SENGERS (J.V.) - J. Phys. Chem. Ref. Data, - 12, p. 1-28 (1983).
-
(3) - SAUL (A.), WAGNER (W.) - J. Phys. Chem. Ref. Data, - 18, p. 1537-1564 (1989).
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(4) - WAGNER (W.), SAUL (A.), PRUSS (A.) - J. Phys. Chem. Ref. Data, - 23 (3), p. 515-527 (1994).
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(5) - PERRY (R.H.), GREEN (D.W.) - Perry’s Chemical Engineers Handbook. - Mc Graw Hill Publ., 7e éd., p. 2-309 à 2-314 (1997).
-
(6) - WAGNER (W.), COOPER (J.R.), BITTMANN (A.), KIJIMA (J.), KRETZSCHMAR (H.J.), KRUSE (A.), MARES (R.), OGUCHI (K.), SATO (H.), STÖCKER (I.), SIFNER (O.), TAKAISHI (T.), TANISHITA (I.), TRUHENBACH (J.), WILLKOMMEN (Th.) - J. Engning for Gas Turbines and Power, - 122...
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