Fiche de révision

Le gonflage d'un airbag grâce à une transformation chimique

Contenu

Une transformation chimique peut produire différentes espèces et en particulier des gaz.

A La mesure d'un volume de gaz produit lors d'une transformation chimique

La réaction entre l'ion oxonium H3O+ de l'acide chlorhydrique et l'ion hydrogénocarbonate HCO3 produit du dioxyde de carbone (CO2) gazeux selon l'équation ajustée :

H3O+ + HCO3 → CO2 + 2 H2O

La réaction se réalise progressivement et on observe la formation de bulles dans le mélange. Il est possible de mesurer le volume de dioxyde de carbone formé à l'aide du montage ci-dessous.

Le tube à essais gradué est initialement rempli d'eau ; un tuyau souple (passant dans un bouchon) issu de l'erlenmeyer où a lieu la réaction permet d'amener le gaz jusqu'au tube à essais.

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Montage avec une cuve à eau

REMARQUE

Il faut bien éliminer tout l'air du tube à essais avant l'expérience.

B Le bilan de matière

aLe volume molaire Vm

À une pression donnée voisine de la pression atmosphérique et une température donnée, une mole de gaz occupe un même volume : c'est le volume molaire Vm. Ainsi, sous un bar et à 0 °C, le volume molaire vaut Vm = 22,4 L.mol–1 et à 25 °C, il vaut Vm = 24,0 L.mol–1.

bLe calcul de la quantité de matière n

La quantité de matière nX d'une espèce gazeuse X est obtenue à partir de son volume VX et de son volume molaire Vm :

Tableau de 1 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 : nx=VxVm; n en mole (mol)V en mètre cube (m3) ou litre (L)Vm en mètre cube par mol (m3.mol–1.) ou litre par mol (L.mol–1);

L'azoture de sodium NaN3est utilisé dans les coussins gonflables de sécurité (« airbags ») des voitures, car il se décompose très rapidement en diazote gazeux N2 et sodium solide Na pour gonfler l'airbag. La réaction de décomposition est : 2 NaN3 → 2 Na + 3 N2.

La masse molaire de l'azoture de sodium est M(NaN3) = 23,1 + 3 × 14,0 = 65,1 g.mol–1.

Si on introduit une mole d'azoture de sodium, soit une masse m = 65,1 g, on formera 1,5 mol de diazote gazeux (en utilisant la proportionnalité des coefficients stœchiométriques), ce qui correspond sous un bar et à 25 °C à un volume V = n × Vm = 1,5 × 24,0 = 36 L.

C Le fonctionnement d'un coussin gonflable

Un système d'airbag est un élément complexe de sécurité d'un véhicule qui a équipé les véhicules haut de gamme au milieu des années 1970. L'airbag passager a été introduit à la fin des années 1980, suivi d'autres versions comme l'airbag protège-tête et l'airbag latéral. Aujourd'hui, les systèmes d'airbag font partie de l'équipement standard des véhicules.

#info

Comment fonctionne l'airbag ?

foucherconnect.fr/20pbterst2s16

Le calculateur, installé au centre du véhicule, est le cœur du système d'airbag. Il permet la détection des accidents, la détection en temps utile des signaux fournis par les capteurs et le déclenchement des circuits d'allumage concernés. Il enregistre les défauts survenus (par exemple, une chauffe excessive du moteur) dans la mémoire des défauts.

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Les calculateurs modernes ont dans leur mémoire des informations obtenues au cours de divers crash tests. Elles permettent de classifier un accident en fonction de la « gravité du choc ». On distingue ainsi :

gravité du choc 0 = accident léger, aucun airbag n'est déclenché ;

gravité du choc 1 = accident moyen, il est possible que des airbags soient déclenchés ;

gravité du choc 2 = accident grave, des airbags sont déclenchés ;

gravité du choc 3 = accident très grave, des airbags sont déclenchés.

Selon le système d'airbag et le nombre d'airbags, les capteurs de choc ou d'accélération sont montés directement dans le calculateur ou installés, à l'avant ou sur le côté du véhicule. Ils se déclenchent lorsque la force vient d'une certaine direction avec une intensité suffisante pour fermer un contact électrique du calculateur. Ces capteurs sont utilisés pour transmettre des informations aussi rapidement que possible au calculateur en cas de collision latérale.

L'airbag situé au niveau du volant se compose d'un sac d'air d'un volume d'environ 67 L, d'un support pour le sac, d'un générateur sur le support de générateur et d'un cache (cache du volant). En cas d'accident, le calculateur amorce le générateur. Un courant d'allumage chauffe un fin fil métallique qui amorce la pastille explosive.

Il se produit alors non pas une explosion, mais une combustion de la charge pyrotechnique, composée d'azoture de sodium. Le gaz produit par la combustion se détend et réagit avec l'oxydant en formant du diazote presque pur qui gonfle le sac. L'agent propulseur se présente généralement sous la forme d'une pastille dans un emballage étanche à l'air dans la chambre de combustion.

L'agent propulseur utilisé dépend de la taille du sac d'air et de la vitesse d'ouverture requise. Une température de 700 °C est produite dans la chambre de combustion par la réaction chimique qui suit l'amorçage. Le gaz est produit sous une pression d'environ 120 bars, puis refroidi à une température inférieure à 80 °C afin d'exclure une mise en danger des occupants du véhicule. Le bruit généré est comparable à celui d'un coup de fusil. Il faut environ 30 ms pour que le sac d'air soit entièrement gonflé.

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