La combustion est une réaction chimique au cours de laquelle un combustible (ou carburant) est oxydé par un comburant (dioxygène, halogènes,...) avec un grand dégagement d'énergie calorifique (chaleur). Il existe une grande variété de combustibles: bois, papier, pétrole, alcool, graisses, charbon,...

On peut représenter la réaction de combustion par une équation simple:

Exemple: Le gaz dihydrogène (combustible) brûle (explose même!) en réagissant avec le dioxygène (comburant) pour donner un oxyde d'hydrogène: l'eau (à l’état gazeux)

Toutes les substances organiques sont des combustibles: graisses, protéines et sucres,... et donc aussi le bois, le papier, la viande,... Comme toutes ces substances contiennent du carbone (C) et de l’hydrogène (H), on trouve comme produits de la réaction leurs oxydes CO2 et H2O. Si les composés contiennent aussi de l’azote N (amines) ou du soufre S, on trouvera aussi des oxydes NOx et SOx en fin de réaction.

Tout au long de son histoire, l’homme a utilisé des combustibles: bois, charbons, pétrole... qui l’ont accompagné dans ses révolutions industrielles.

Les types de combustibles

Les charbons

Les membres de la famille des charbons sont: la tourbe, le lignite, la houille, l’anthracite. Les charbons proviennent de la décomposition incomplète de la matière végétale (voir carbonifère), ayant pour résultat de concentrer localement le carbone. Les couches de charbons, exploitées depuis le XIXe siècle (révolution industrielle) renferment de nombreux fossiles de plantes. Le meilleur charbon contient beaucoup de carbone et peu d’oxygène. Sa combustion (réaction idéale) s’écrit:

Anthracite

Roche sédimentaire de la famille des charbons formée de débris végétaux ayant subi une évolution complexe (carbonification) au cours de laquelle la matière s’enrichit en carbone. Elle contient 90-95 % de carbone.

Ruhr (Allemagne)

Tourbe

Roche sédimentaire actuelle de la famille des charbons. Formée de débris végétaux en cours de carbonification. Elle contient environ 55 % de carbone.

Isle of Skye (Ecosse)

Les pétroles

L’origine des pétroles (petr-ol, “huile de pierre”) est assez voisine de celle des charbons. Ils sont constitués par des mélanges d’hydrocarbures dont la composition varie avec la provenance géographique. Certains contiennent beaucoup d’alcanes, d’autres sont riches en hydrocarbures aromatiques. La formule générale des alcanes est CnH2n+2. On peut donc écrire l’équation générale de la combustion des alcanes (constituants principaux du pétrole):

Méthane

(gaz naturel)

Octane

(benzine)

Cette réaction est exothermique. Elle dégage environ 12 kilocalories par gramme d’alcane. On peut écrire:

Cette réaction n’a pas un immense intérêt du point de vue chimique puisque la molécule d’alcane est totalement détruite. elle a par contre un immense intérêt pratique et économique. Les alcanes sont notre source principale d’énergie calorifique (mazout), mécanique (essences pour moteurs et réacteurs) et électrique (centrales thermiques).

Exemple de combustion de 2 alcanes: le méthane et l’octane

Remarque: A pression et température normale 1 litre de CH4 brûle dans 2 litres de O2. Comme cette réaction de combustion se fait avec de l’air et non de l’oxygène pur, il faut compter environ 10 litres d’air (puisque l’oxygène représente environ 20 % du volume d’air)

On peut représenter la molécule de méthane de différentes manières:

La formule brute est la représentation la plus simple. C’est elle qui nous permet d’écrire les équations chimiques. Elle permet de savoir que la molécule de méthane est composée d’un atome de carbone et 4 atomes d’hydrogène.

La formule développée met en évidence les liaisons entre atomes. Elle permet de se faire une idée de la structure de la molécule: chaque atome d’hydrogène est lié sur le carbone central.

La représentation 3D permet de se faire une idée plus compliquée mais aussi plus réaliste de la structure spatiale de la molécule: les atomes d’hydrogène occupent les sommets d’un tétraèdre.

Le carbone (combustible) brûle dans le dioxygène (comburant) pour donner un oxyde de carbone. Il y en a deux: le monoxyde de carbone CO et le dioxyde de carbone CO2. Les 2 réactions sont exothermiques.

La proportion de combustible et de comburant joue un rôle considérable dans la combustion. Plus la concentration d'O2 est importante et plus l'équilibre de l'oxydation du carbone est déplacé vers la droite.

En travaux. Bientôt la suite.

S’il manque l’un des deux réactifs, la réaction chimique n’a pas lieu.

Combustible  +  Comburant                                    Produits de la réaction

La combustion de la cire de bougie cesse dès qu’on empêche le comburant dioxygène de parvenir sur le lieu de la réaction. Les 200 mL d’air sont consommés en moins de 5 secondes

Exemple: combustion de l’alcool contenu dans un after-shave.

Combustion et pollution

L’arrivée massive de comburant dioxygène sur le lieu de la réaction, va par contre favoriser la combustion de la cire :