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1STI2D : CHAPITRE 7
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Thème Habitat
Chapitre 7 - Combustion
1- Les combustions
1-1 Définition
Une combustion est une réaction chimique au cours de laquelle des réactifs sont
consommés : le combustible (gaz, fioul, bois...) et le comburant (dioxygène pour les
combustions dans l'air).
Pour l'initier, il faut une source de chaleur (énergie d'activation).
Une combustion est une transformation chimique qui produit de l'énergie thermique.
Énergie
d'activation
Combustible
Comburant
1-2 Équation d'une réaction chimique de combustion
Combustion du méthane dans le dioxygène :
La combustion complète d'un hydrocarbure avec le dioxygène conduit à la formation de
dioxyde de carbone et d'eau.
La réaction chimique est exo énergétique. Cette énergie permet d'entretenir la réaction
chimique.
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1-3 bilan de matière
Pour qu'une combustion soit complète, les quantités initiales de combustible et de
comburant consommées doivent être dans les proportions stœchiométriques de l'équation
de la réaction.
Lors d'une combustion, le système chimique évolue de son état initial à son état final. Les
quantités de matière des réactifs diminuent, tandis que celles des produits augmentent.
Pour suivre cette évolution, on introduit une grandeur appelée avancement, notée x, dont
l'unité est la mole.
La transformation chimique s'arrête lorsqu'un des réactifs disparaît.
Ce réactif totalement consommé est appelé réactif limitant.
L'avancement maximal xmax, est alors atteint.
Exemple: combustion complète de 0,1 mole de butane avec 1 mole de dioxygène. On dresse
le tableau d'avancement qui décrit l'évolution du système chimique au cours de sa
transformation.
C4H10 (gaz)
+ 13/2 O2 (gaz) → 4CO2 (gaz) + 5H2O (gaz)
nC4H10
nO2
nC02
nH2O
(mol)
(mol)
(mol)
(mol)
État initial
Quantité de matière
x=0
nC4H10=0,1
nO2 =1
nC02 =0
nH2O =0
à t=0
13
Au cours de la
x
0,1 − x
4x
5x
1− x
transformation
2
13
État final
x=xmax
0,1 − x
4xmax
5xmax
1− x
2
AN
0 mol
0,35 mol
0,4 mol
0,5mol
Dans cette transformation chimique, 0,4 mole de dioxyde de carbone et 0,5 mole d'eau ont
été formées. A la fin de la réaction de combustion, il reste 0,35 mole de dioxygène ; le réactif
limitant est le butane.
2- Énergie libérée par une combustion et pouvoir calorifique
2-1 Bilan énergétique
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Lors d'une combustion, le système chimique cède de l'énergie au milieu extérieur sous forme
d'énergie thermique. L'énergie du système chimique diminue. Une telle réaction est appelée
réaction exothermique.
2-2 Pouvoir calorifique d'un combustible
Définition :
C'est l'énergie thermique dégagée lors de la réaction de combustion complète du
combustible avec le dioxygène, en joules par kilogramme de combustible (J.kg-1).
Il est possible d'utiliser l'énergie thermique libérée par les réactions de combustion à des fins
de chauffage ou de cuisson
Le choix de l'installation d'une chaudière à gaz, à fuel domestique, au bioéthanol ou encore à
bois dans une habitation dépend du pouvoir calorifique du combustible, des précautions
d'utilisation associées, ainsi que de son coût.
Combustible
Méthane
CH4
Propane
C3H8
Butane
C4H10
Fioul domestique
Bioéthanol
PC en MJ.kg-1
50
46
49
42
30
Essence
47
Bois
Charbon
16
De 15 à 27
Précautions
Pictogramme
nouvelle norme
Conserver à l'écart de toute
flamme ou source d'étincelles
Conserver à l'écart de toute
flamme ou source d'étincelles
Conserver à l'écart de toute
flamme ou source d'étincelles
Porter
des
vetements
protection et des gants
de
Conserver à l'écart de toute
flamme ou source d'étincelles
Éviter l'exposition, porter des
vêtements de protection et des
gants
-
-
3- Dangers liés aux combustions et aux combustibles
3-1 Dangers liés aux combustions
Lorsque la combustion ne met pas en jeu une quantité suffisante de dioxygène, elle produit
du monoxyde de carbone (CO), gaz inodore et incolore dangereux pour l'homme. On a une
combustion incomplète.
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Toutes les réactions de combustion présentent des dangers :
* Pour les personnes :
- brûlures par exposition aux flammes dont la température peut dépasser 1 000 oC
- intoxications liées aux combustions incomplètes ;
- asphyxies dues aux fumées qui contiennent des particules de carbone solide et/ou au
manque de dioxygène de 'air consommé par la combustion.
* Pour les biens :
- destruction des bâtiments par incendie ou par explosion.
3-2 Moyens de prévention et de protection
- Moyens de prévention.
- L'entretien régulier des appareils de chauffage (chaudières à gaz, à fioul domestique, à
bois...) limite les risques de combustion non contrôlée.
- L'aération des pièces (évacuation des gaz produits par la combustion) élimine les
produits de la combustion (en particulier le dioxyde de carbone, gaz dangereux pour
l'homme).
- Moyens de protection :
- Les alarmes avertissent du danger par émission d'un signal sonore à 'intérieur d'un
bâtiment.
- Les robinets d'incendie armés (RlA) sont présents dans les établissements industriels
et ceux recevant du public. Ils sont alimentés en permanence par une source d'eau et
permettent d'agir avant l'arrivée des sapeurs-pompiers.
- Les extincteurs sont des appareils contenant un produit extincteur à appliquer sur un
début de feu.
- Les sprinklers sont des appareils d'extinction automatique. En cas d'incendie,
l'arrosage se déclenche.