Les combustions

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Fiches
Classe(s) : 1re STI2D | Thème(s) : L'énergie chimique

A Le principe de la combustion

Une combustion est une transformation chimique ; elle ne peut se produire que si 3 éléments sont réunis : un combustible, un comburant et une énergie d’activation en quantités suffisantes. Ces 3 éléments sont souvent représentés de manière symbolique par le triangle du feu. En effet, la combustion cesse dès qu’un élément du triangle est enlevé.

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Le combustible est une substance capable de brûler en présence d’un autre réactif (comburant) pour fournir de l’énergie thermique. Le combustible peut être :

un solide : bois, papier, carton, matières plastiques… ;

un liquide ou un solide liquéfiable : alcool, essence, fuel, huile… ;

un gaz : méthane, propane, butane, d’hydrogène… ;

un métal : sodium, aluminium, fer…

Le comburant constitue l’autre réactif de la réaction chimique de combustion. Il s’agit la plupart du temps du dioxygène contenu dans l’air ambiant. On peut aussi utiliser du dioxygène pur, alors la combustion est beaucoup plus vive. Si l’on supprime le comburant, en enfermant par exemple une bougie dans un bocal, elle finira par s’éteindre.

La combustion ne peut démarrer que si de l’énergie est apportée pour l’initier. Comme les combustions sont exothermiques, elles s’auto-entretiennent ensuite.

B L’énergie du système

Une combustion est une réaction exothermique, car le système chimique transfère de l’énergie thermique au milieu extérieur. Dans le même temps, l’énergie chimique du système diminue. Cette énergie thermique peut être utilisée directement pour se chauffer ou pour cuire les aliments. Elle peut aussi être convertie partiellement en énergie mécanique (moteurs à combustion) ou en énergie électrique.

L’énergie libérée par une combustion dépend de la nature du combustible.

C Le pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique (PC) d’un matériau combustible est l’énergie dégagée par une réaction de combustion par unité de masse de ce matériau. L’énergie de combustion avec le dioxygène est ici dégagée sous forme de chaleur. On considère que la combustion produit du dioxyde de carbone et de l’eau.

Le pouvoir calorifique s’exprime en mégajoule par kilogramme (MJ.kg–1) pour les solides, les liquides ou les gaz combustibles. Le pouvoir calorifique de différents combustibles est donné dans le tableau ci-dessous :

Tableau de 7 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 7 lignes ;Ligne 1 : Combustible; Pouvoir calorifique (MJ.kg–1); Ligne 2 : Bois; 17; Ligne 3 : Charbon; 24; Ligne 4 : Éthanol; 27; Ligne 5 : Essence; 47; Ligne 6 : Gazole; 45; Ligne 7 : Méthane; 50;

La combustion d’un kilogramme de combustible fossile ou de bois fournit quelques dizaines de mégajoules au milieu extérieur sous forme d’énergie thermique. Cette énergie transférée au milieu extérieur correspond à une diminution de l’énergie chimique du système.

L’énergie libérée Q par une combustion est le produit de la masse de combustible par son pouvoir calorifique :

Image dont le contenu est 	Q : énergie libérée en MJQ = m × PC	m : masse de combustible en kg	PC : pouvoir calorifique en MJ.kg–1 ; Fin de l'image

D La détermination du pouvoir calorifique d’un combustible

Pour déterminer le pouvoir calorifique PC d’un combustible, il faut déterminer la masse de combustible nécessaire pour faire augmenter la température d’une masse d’eau. En connaissant l’énergie fournie à l’eau, on trouve alors le pouvoir calorifique du combustible.